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미국 시카고 대학(University of Chicago)의 연구진은 P형(붕소 도핑된) 코어(core)와 n형(인이 도핑된) 쉘(shell)로 구성된 수백 나노미터 크기의 실리콘 나노와이어를 사용해서 빛에 민감한 세포 및 유기체를 인위적으로 만드는데 성공했다. 빛을 비추었을 때, 광 여기된 전하 캐리어(전자와 정공)가 생성된다. 그 후에 이런 캐리어는 코어-쉘 접합에서 분리되어 홀은 코어로 가고 전자들은 나노와이어 표면으로 포집된다. 이런 전자들은 전해질 용액 속에서 전기화학적 화학반응에 참가하고, 음극 전류를 생성한다. 이 연구의 목표는 뉴런 멤브레인과 동축 나노와이어를 연결해서 이런 전류로 멤브레인을 탈분극시킴으로써 신경 충동(nerve impulse) 효과를 모방하게 하는 것이다. 놀랍게도, 하나의 나노와이어가 신경 충동을 촉진할 수 있었다. 빛은 임상 치료 및 단일 세포 연구 분야에서 세포의 행동을 조절하는데 사용될 수 있다. 그러나 대부분의 방법들은 침입적이고 세포의 유전자 변형을 필요로 하며 정확하지 않다. 표면에 금 원자를 함유한 광활성화된 동축 실리콘 나노와이어를 사용하는 새로운 기술은 이런 문제들을 극복하는데 도움을 줄 수 있다. 광생물학(Photobiology)은 흡수되는 빛의 양을 증가시키기 위해서 수백만 년 동안에 진화해 온 유기체를 조사하는 분야이다. 동물의 시각과 식물의 광합성을 위한 에너지 수집은 잘 알려진 예이다. 이 장치는 단일 생물학적 연구와 임상 치료에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 실리콘은 생물학적 조직을 깊게 관통하는 근적외선을 흡수한다. 이것은 실리콘 나노와이어를 조직 속에 주입하면 말초 신경을 자극하는데 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 말초신경병증(diabetic peripheral neuropathy)과 같은 심각한 신경 장애성 통증을 비침습적으로 치료할 수 있게 할 것이다. 이 연구결과는 저널 Nature Nanotechnology에 ldquo;Photoelectrochemical modulation of neuronal activity with free-standing coaxial silicon nanowires rdquo; 라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1038/s41565-017-0041-7). |
