石墨烯优化等离激元增强型Au/Si p-n结光电芯片在干细胞生长中的作用研究

基本信息
批准号:51872279
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:许小亮
学科分类:
依托单位:中国科学技术大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:朱立新,刘欢,张炎,杨思羽,汪淑慧,陈奎,代义文,曾令辉
关键词:
石墨烯等离激元光电调控干细胞光电增益
结项摘要

Functionalized graphene-based nanomaterials (FGNS) are emerging two-dimensional thin-film materials in recent years. Their excellent structure, conductivity and biocompatibility are expected to be the matrix materials of the first choice for stem cell culture and tissue regeneration scaffolds. However, the currently available FGNS scaffolds have not been able to achieve the integration of micro-current and photoelectromagnetic field for cell growth, and thus can not achieve the differentiation regulation in the growth process. In this project, based on the previous research on 2D materials and high-performance photovoltaic devices, we will explore a new type of plasmonic enhancement optimized graphene optoelectronic chip based on graphene composite Si p-n junction photovoltaic materials. The surface of the p-n junction is covered with a single layer of n-type graphene to form a photoelectric gain layer by a rapid oxidation to dedusting surface state technology. The PS pellets template is precisely adjusted with an electric field and evaporated to form a plasmonic periodic Au holes array; The pellets are assembled by the small pieces of reduce graphene oxide and are biocompatible linked to serve as a substrate for cell culture. With the chip generated micro photocurrent coupling to the plasmonic enhanced polarized electromagnetic field, to achieve the purpose of regulating stem cell growth and differentiation. This research will not only have broad application prospects in the field of biology, but also provide new ideas for the research and development of new and efficient photovoltaic materials.

功能化石墨烯基纳米材料(FGNS)是近年来新兴的二维薄膜材料,具有优异的结构、导电及生物相容性,有望成为干细胞培养和组织再生工程支架的首选基质材料。但目前已有FGNS支架尚不能做到微电流和光电磁场一体化介入细胞生长,故无法实现对细胞生长的分化调控。本项目将在二维材料及高性能光伏器件前期研究基础上,探索以石墨烯复合Si p-n结光伏材料,合成新型等离激元增强型石墨烯优化光电芯片。内容包括:在p-n结迎光面通过快速氧化去表面态新工艺、覆以单层n型石墨烯形成光电增益层;以电场精密调节PS小球模板结合蒸镀Au形成等离激元周期阵列;在PS@Au小球上组装还原氧化石墨烯小片、并进行生物相容性链接,作为细胞培养基底; 用芯片产生的光致微电流与等离激元增强的极化光电磁场相耦合,达到调控干细胞生长与分化的目的。这一研究成果不仅将在生物学领域有着广泛的应用前景,也可为新型高效光伏材料的研发提供新思路。

项目摘要

针对目前国际流行的功能化石墨烯基纳米材料(FGNS)细胞支架尚不能做到微电流和光电磁场一体化介入细胞生长、故无法实现对细胞生长和分化实行人工光合效应调控这一现实,本项目提出探索以石墨烯复合Si p-n结光伏材料,合成新型等离激元增强型石墨烯优化光电芯片细胞支架。该芯片的架构和设计方案是:在p-n结迎光面通过快速氧化去表面态新工艺、覆以单层n型石墨烯(G)形成光电增益层;以电场精密调节PS小球模板结合蒸镀Au形成等离激元周期阵列;在PS@Au小球上组装还原氧化石墨烯小片、并进行生物相容性链接,作为细胞培养基底; 用芯片产生的光致微电流与等离激元增强的极化光电磁场相耦合,达到调控干细胞生长与分化的目的。执行过程中设计了两种等离激元材料强化的干细胞培养芯片Au KD/Ti/n-Si/p-Si和Au KD/G/n-Si/p-Si,用相当于AM1.5标准日光1/10至1/30强度的模拟日光照射生长干细胞的Au KD迎光面,这种人工光合效应使干细胞的生长和分化速率有3-6倍的增长。项目的实施为光电调控干细胞快速生长提供了可行性。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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