Mikroméretű, idegszövetbe ültethető elektródok funkcionalitásának javítása felkonvertáló nanorészecskékkel
Tudományos diákköri dolgozatom témája egy olyan szilícium-ritkaföldfém alapú nanorendszer megalkotása és karakterizálása volt, amelyen keresztül képesek lehetünk idegszövetben, in vivo, térben és időben szabályozható hatóanyag leadási feladatok elvégzésére.
Munkám nagy részét egy olyan felület funkcionalizálási eljárás megalkotása tette ki, melynek elvégzése hatékonyan reprodukálható és egy stabil nanorendszerhez vezet. Ez a rendszer egyik oldalról lantanoida maggal rendelkező felkonvertáló nanorészecskékből (UCNP/upconversion nanoparticle), míg másik oldalról egy flexibilis, Platinum-Iridium mérőpontokból és szilikongumi szubsztrátból álló elektrofiziológiás elektródból épült fel.
Az említett felkonvertáló részecskék olyan speciális nanorendszerek, melyek multiréteges szerkezetüknek és ritkaföldfém magjuknak köszönhetően képesek a kisebb energiájú (nagyobb hullámhosszú) fényt lokálisan, nagyobb energiájú (kisebb hullámhosszú) fénnyé átalakítani, ez az energia pedig felhasználható jelen esetben fotolabilis (fényre bomló) kötések hasítására. Kombinálva ezeket az UCNP-ket az elektródokkal, a kialakított struktúra multimodális jellemzőkkel bír. Az elektród elvezetőpontjainak segítségével be tudja tölteni eredeti szerepét, azaz elektrofiziológiás méréseket végezhetünk vele az idegszövetben, míg az UCNP-k kontrolláltan célba tudják juttatni a mért területek közelében a fényre lehasadó hatóanyagot.
A létrehozni kívánt rendszer felülete egymással kovalens kötéseken keresztül kapcsolódó rétegből állt össze. Először egy aminoszilán burkot hoztam létre a nanorészecskéken, optimális aminopropil-trietoxiszilán (APTES) koncentrációk és reakcióidők alkalmazásával. Ezt egy biciklononin-N-hidroxiszukcinimid (BCN-NHS) megnevezésű, speciális, linker vegyülettel való hidrolizációs lépés követte. A felületkezelt részecskéket, plazmázott, majd azid csoportokkal módosított elektrokortikográfiás (ECoG) mikroelektródokra kötöttem ki a BCN-NHS-en keresztül. Végső lépésként tetrazin alapú festékeket vittem fel a felszínre, melyek rendelkeztek azzal a fotolabilis kötéssel, melynek abszorpciós (elnyelési) hullámhossza egybe esett a részecskék által felkonvertált és emittált (kibocsátott) fény hullámhosszával. Ennek a modell hatóanyagnak a leszakadásával (uncageing) tudtam a rendszer megfelelő működését tesztelni.
A felület módosítási folyamat egyes lépéseit különböző validálási technikáknak vetettem alá. Kontaktszög, Fourier transzformációs infravörös spektroszkópiás (FTIR), pásztázó elektronmikroszkópiás (SEM), elektrokémiai impedancia spektroszkópiás (EIS) és UV/Vis spektroszkópiás méréseket végeztem el, ezekkel bizonyítva a felszíni strukturáltság létrejöttét, illetve a hatóanyag leadás tényleges végbemenetelét.
szerző
-
Víg Levente
Egészségügyi mérnök szak, mesterképzés
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Fekete Zoltán
tudományos munkatárs, Természettudományi Kutatóközpont (külső) -
Dr. Szlávecz Ákos
egyetemi docens, Irányítástechnika és Informatika Tanszék