Oggetto di questa tesi è stata la realizzazione, caratterizzazione e ottimizzazione di dispositivi basati su polimeri coniugati per la stimolazione ottica di colture cellulari. La possibilità di controllare e/o monitorare l’attività elettrica di sistemi biologici mediante l’uso di semiconduttori organici è un argomento di ricerca che riscuote interesse nella comunità internazionale. Negli ultimi anni sono state riportate diverse configurazioni di transistor organici a effetto campo e transistor elettrochimici, utilizzati sia in vivo sia in vitro, con proprietà pari o superiori ai dispositivi realizzati con materiali inorganici. Finora, tuttavia, sono state riportate soluzioni per la stimolazione o il recording dell’attività cellulare basate su approcci solo elettronici. La possibilità di sfruttare le proprietà optoelettroniche dei polimeri coniugati e in particolare l’assorbimento di luce dello spettro visibile e la fotogenerazione di carica elettrica è stata approfondita in maniera più marginale. È stato precedentemente dimostrato che film sottili di politiofene possono indurre la generazione di potenziali d’azione in neuroni, modulare la corrente di membrana in astrociti e in cellule secondarie, ristabilire una parziale sensibilità alla luce in retine prive di fotorecettori. Il meccanismo di fototrasduzione è duplice e include processi sia di tipo termico sia di generazione, trasporto e accumulo all’interfaccia con la cellula della carica fotogenerata nel semiconduttore. Nella tesi sono implementate molteplici architetture con l’obiettivo di caratterizzare e massimizzare l’accoppiamento capacitivo tra materiale e cellula. Sono considerate diverse strategie basate su multigiunzioni planari, strati per la raccolta selettiva di elettroni e lacune e strati mesoporosi per l’aumento dell’area di interazione materiale/cellula. Materiali e dispositivi sono caratterizzati mediante tecniche di microscopia, analisi optoelettronica e studi di elettrofisiologia. Lo studio condotto ha permesso di evidenziare l’importanza dei meccanismi di trasporto e accumulo selettivo della carica e di delineare linee guida per un’ulteriore ottimizzazione delle interfacce bio-polimeriche.

Sistemi bio-polimerici per la stimolazione ottica di colture cellulari : l'importanza della capacità di interfaccia

MARSONI, GIOVANNI
2014/2015

Abstract

Oggetto di questa tesi è stata la realizzazione, caratterizzazione e ottimizzazione di dispositivi basati su polimeri coniugati per la stimolazione ottica di colture cellulari. La possibilità di controllare e/o monitorare l’attività elettrica di sistemi biologici mediante l’uso di semiconduttori organici è un argomento di ricerca che riscuote interesse nella comunità internazionale. Negli ultimi anni sono state riportate diverse configurazioni di transistor organici a effetto campo e transistor elettrochimici, utilizzati sia in vivo sia in vitro, con proprietà pari o superiori ai dispositivi realizzati con materiali inorganici. Finora, tuttavia, sono state riportate soluzioni per la stimolazione o il recording dell’attività cellulare basate su approcci solo elettronici. La possibilità di sfruttare le proprietà optoelettroniche dei polimeri coniugati e in particolare l’assorbimento di luce dello spettro visibile e la fotogenerazione di carica elettrica è stata approfondita in maniera più marginale. È stato precedentemente dimostrato che film sottili di politiofene possono indurre la generazione di potenziali d’azione in neuroni, modulare la corrente di membrana in astrociti e in cellule secondarie, ristabilire una parziale sensibilità alla luce in retine prive di fotorecettori. Il meccanismo di fototrasduzione è duplice e include processi sia di tipo termico sia di generazione, trasporto e accumulo all’interfaccia con la cellula della carica fotogenerata nel semiconduttore. Nella tesi sono implementate molteplici architetture con l’obiettivo di caratterizzare e massimizzare l’accoppiamento capacitivo tra materiale e cellula. Sono considerate diverse strategie basate su multigiunzioni planari, strati per la raccolta selettiva di elettroni e lacune e strati mesoporosi per l’aumento dell’area di interazione materiale/cellula. Materiali e dispositivi sono caratterizzati mediante tecniche di microscopia, analisi optoelettronica e studi di elettrofisiologia. Lo studio condotto ha permesso di evidenziare l’importanza dei meccanismi di trasporto e accumulo selettivo della carica e di delineare linee guida per un’ulteriore ottimizzazione delle interfacce bio-polimeriche.
ANTOGNAZZA, MARIA ROSA
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
28-lug-2015
2014/2015
Tesi di laurea Magistrale
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