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Nanowired Bioelectric Interfaces.
Chemical Reviews ( IF 51.4 ) Pub Date : 2019-04-17 , DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00795 Bozhi Tian 1, 2, 3 , Charles M Lieber 4, 5, 6
Chemical Reviews ( IF 51.4 ) Pub Date : 2019-04-17 , DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00795 Bozhi Tian 1, 2, 3 , Charles M Lieber 4, 5, 6
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Biological systems have evolved biochemical, electrical, mechanical, and genetic networks to perform essential functions across various length and time scales. High-aspect-ratio biological nanowires, such as bacterial pili and neurites, mediate many of the interactions and homeostasis in and between these networks. Synthetic materials designed to mimic the structure of biological nanowires could also incorporate similar functional properties, and exploiting this structure-function relationship has already proved fruitful in designing biointerfaces. Semiconductor nanowires are a particularly promising class of synthetic nanowires for biointerfaces, given (1) their unique optical and electronic properties and (2) their high degree of synthetic control and versatility. These characteristics enable fabrication of a variety of electronic and photonic nanowire devices, allowing for the formation of well-defined, functional bioelectric interfaces at the biomolecular level to the whole-organ level. In this Focus Review, we first discuss the history of bioelectric interfaces with semiconductor nanowires. We next highlight several important, endogenous biological nanowires and use these as a framework to categorize semiconductor nanowire-based biointerfaces. Within this framework we then review the fundamentals of bioelectric interfaces with semiconductor nanowires and comment on both material choice and device design to form biointerfaces spanning multiple length scales. We conclude with a discussion of areas with the potential for greatest impact using semiconductor nanowire-enabled biointerfaces in the future.
中文翻译:
纳米线生物电接口。
生物系统已经进化出生化、电气、机械和遗传网络,以在不同的长度和时间尺度上执行基本功能。高纵横比的生物纳米线,例如细菌菌毛和神经突,介导这些网络内部和之间的许多相互作用和稳态。旨在模仿生物纳米线结构的合成材料也可以具有类似的功能特性,并且利用这种结构-功能关系已被证明在设计生物界面方面卓有成效。半导体纳米线是一类特别有前途的用于生物界面的合成纳米线,因为(1)其独特的光学和电子特性以及(2)其高度的合成控制和多功能性。这些特性使得能够制造各种电子和光子纳米线器件,从而能够在生物分子水平到整个器官水平上形成明确的功能性生物电界面。在本次焦点评论中,我们首先讨论半导体纳米线生物电接口的历史。接下来,我们重点介绍几种重要的内源生物纳米线,并使用它们作为框架对基于半导体纳米线的生物界面进行分类。在此框架内,我们回顾了半导体纳米线生物电接口的基础知识,并对材料选择和器件设计进行了评论,以形成跨越多个长度尺度的生物接口。最后,我们讨论了未来使用半导体纳米线支持的生物界面可能产生最大影响的领域。
更新日期:2019-04-17
中文翻译:
纳米线生物电接口。
生物系统已经进化出生化、电气、机械和遗传网络,以在不同的长度和时间尺度上执行基本功能。高纵横比的生物纳米线,例如细菌菌毛和神经突,介导这些网络内部和之间的许多相互作用和稳态。旨在模仿生物纳米线结构的合成材料也可以具有类似的功能特性,并且利用这种结构-功能关系已被证明在设计生物界面方面卓有成效。半导体纳米线是一类特别有前途的用于生物界面的合成纳米线,因为(1)其独特的光学和电子特性以及(2)其高度的合成控制和多功能性。这些特性使得能够制造各种电子和光子纳米线器件,从而能够在生物分子水平到整个器官水平上形成明确的功能性生物电界面。在本次焦点评论中,我们首先讨论半导体纳米线生物电接口的历史。接下来,我们重点介绍几种重要的内源生物纳米线,并使用它们作为框架对基于半导体纳米线的生物界面进行分类。在此框架内,我们回顾了半导体纳米线生物电接口的基础知识,并对材料选择和器件设计进行了评论,以形成跨越多个长度尺度的生物接口。最后,我们讨论了未来使用半导体纳米线支持的生物界面可能产生最大影响的领域。