Климовська А.І., Чайковський Ю.Б., Наумова О.В., Висоцька Н.А., Корсак А.В., Ліходієвський В.В., Фомін Б.І.

КУЛОНІВСЬКІ ВЗАЄМОДІЇ НА ИНТЕРФЕЙСІ «НИТКОПОДІБНИЙ КРИСТАЛ КРЕМНІЮ-НЕРВОВА ТКАНИНА»

---

Про автора:	Климовська А.І., Чайковський Ю.Б., Наумова О.В., Висоцька Н.А., Корсак А.В., Ліходієвський В.В., Фомін Б.І.
Рубрика	ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА МЕДИЦИНА
Тип статті	Наукова стаття
Анотація	В останні роки інтерфейс «ниткоподібний кристал кремнію-нервова тканина» привертає особливу увагу в зв'язку з тим, що кремній є найперспективнішим матеріалом для розробки нейро-комп'ютерів і для регенерації нервової тканини. Головне завдання цих досліджень - з'ясування механізмів формування таких інтерфейсів і розробка методів управління їх властивостями. Незважаючи на безліч публікацій, до теперішнього часу немає чіткого розуміння механізмів формування цих інтерфейсів. Відсутність знань є головною перешкодою на шляху створення пристроїв, що регенерують пошкоджену нервову тканину, або пристроїв, здатних повністю замінити її пошкоджені ділянки і злагоджено працювати зі здоровою частиною нервової системи. У цій роботі ми представляємо результати досліджень інтерфейсу «ниткоподібний кристал кремнію-нервова тканина» в експериментах in vivo та in vitro. Експерименти показали, що адгезія нервової тканини до ниткоподібних кристалів кремнію як в живому організмі, так і в фізіологічному середовищі, пов'язана з електростатичною взаємодією між поверхнями обох складових інтерфейсу. Сильна взаємодія компонентів інтерфейсу обумовлена кулонівською взаємодією протилежно заряджених поверхонь нервового волокна і кремнієвого ниткоподібного кристалу. Це було показано експериментально з використанням кремнієвого польового нанотранзистора з двома затворами. В цьому експерименті ми визначили знаки і виміряли густину заряду на обох поверхнях інтерфейсу. Виявилося, що поверхня мембрани нерва заряджена позитивно і густина заряду дорівнює ~ 2x1013 см-2, поверхня кристала кремнію – заряджена негативно, і густина заряду дорівнює ~ 1x1014cm-2. З огляду на кулонівську взаємодію між нервовим волокном і кристалом кремнію, ми можемо зробити висновок про те, що проходження нервового імпульсу по нервовому волокну, яке супроводжується зміною знака заряду на поверхні волокна, має призводити до появи згинальної хвилі в нерві і до генерації поверхневої електронної хвилі в шарі просторового заряду в ниткоподібному кристалі кремнію. Виникнення цих хвиль має приводити до двох позитивних ефектів, а саме, згинальна хвиля повинна покращувати метаболізм в нервовій тканині, і таким чином, забезпечувати життєздатність інтерфейсу, а поверхнева електронна хвиля, що генерується в ниткоподібному кристалі кремнію, може бути використана для неінвазивного способу реєстрації нервових імпульсів.
Ключові слова	інтерфейс, ниткоподібний кристал кремнію, нервова тканина
Список цитованої літератури	Jennifer L. Collinger, Michael A. Kryger, M.D., Richard Barbara, Timothy Betler,  Kristen Bowsher, Elke H. P. Brown, Samuel T. Clanton,  Alan D. Degenhart, Stephen T. Foldes,  Robert A. Gaunter et al., CTS 7, 52 (2014). R. A. Miranda, W. D. Casebeer, A. M. Hein, J.W. Judy, E.P. Krotkov, T.L. Laabs, J.E. Manzo, K.G. Pankratz, G.A. Pratt, J.C. Sanchez, et al., J. Neurosci. Methods S0165-0270(14)00270-2 (2014). N. Birbaumer, A. Murguialday, C. Weber, P. Montoya, Int. Rev. Neurobiol. 86, 107 (2009). R. Biran, D.C. Martin, P.A. Tresco, J. Biomed. Mater. Res. A 82,169 (2007). Chen, Kevin H.; Dammann, John F.; Boback, Jessica L.; Tenore, Francesco V.; Otto, Kevin J.; Gaunt, Robert A.; Bensmaia, Sliman J., Journal of Neural Engineering, Volume 11, Issue 2, article id. 026004 (2014). R. J. Vetter, J. C. Williams, J. F. Hetke, E. A. Nunamaker, D. R. Kipke, IEEE Trans. Biomed. Eng. 51, 986 (2004). V. Lichodievskiy N. Vysotskaya, O. Ryabchikov, A.Korsak, Yu. Chaikovsky, A. Klimovskaya, Yu. Pedchenko, I. Lutsyshyn, and O. Stadnyk, Advanced Materials Research 854, 157 (2014). А. Klimovskaya, N. Vysotskaya, Yu. Chaikovsky, A. Korsak, V. Lichodievskiy, and I. Ostrovskii, Morphology of the interface “silicon wire – nerve fiber”// Advanced Materials Research (accepted for publication 12.07.2015). А. Klimovskaya, Yu. Chaikovsky, N. Vysotskaya, A. Korsak, V. Lichodievskiy, Patent Application U201506821, Ukraine (13 July 2015). Moria Kwiat, Roey Elnathan, Alexander Pevzner, Asher Peretz, Boaz Barak, Hagit Peretz, Tamir Ducobni, Daniel Stein, Leonid Mittelman, Uri Ashery, and Fernando Patolsky, Highly Ordered Large-Scale Neuronal Networks of Individual Cells −Toward Single Cell to 3D Nanowire Intracellular Interfaces, ACS Appl. Mater. Interfaces, 4, 3542 (2012). Wim L. C. Rutten, Annu. Rev. Biomed. Eng. 4, 407 (2002). V. Sandulova, P. S. Bogoyavlenskaya, and M. I. Dronyuk, USSR patent 5, 160829 (6 July 1964). I. Klimovskaya, I. P. Ostrovskii, and A. S. Ostrovskaya, Phys. Status Solidi (a) 153, 465 (1996). S. G. Davison and J. D. Levine, Surface States (Academic Press, New York & London, 1970) p. 94-102. G. W. Gobeli, F. G. Allen, Physical Review 127, 141 (1962); F. G. Allen, G. W. Gobeli, ibid.127, 150 (1962). Nesterenko, O. V. Snitko, V. T. Razumnyuk, Surface Science 9, 407 (1968). Rondey Cotterill, Biophysics (John Wiley s Sons Ltd., Chichester, England, 2002) p.249-268. D. Branton and D. W. Deamer, Membrane Structure (Springer-Verlag Wien, New York, 1972) p. 6-12. R. Ghita, C. Logofatu, C. Negrila, F. Ungureanu, C. Cotirlan, A. Manea, M. Lazarescu, C. Ghica, S. Basu, Crystalline Silicon - Properties and Uses (InTech, Rijeka, 2011) p. 23-42. V. Naumova, B. I. Fomin, D. A. Nasimov, N. V. Dudchenko, S. F. Devyatova, E. D. Zhanaev, V. P. Popov, A. V. Latyshev, L. Aseev, Yu. D. Ivanov, A. I. Archakov, Semicond. Sci. Technol. 25,055004(2010). Yu. D. Ivanov, T. O. Pleshakova, A. F. Kozlov, K. A. Malsagova, N. V. Krohin, V. V. Shumyantseva, I. D. Shumov, V. P. Popov, O. V. Naumova, B. I. Fomin, D. A. Nasimov, A. L. Aseev, and A. I. Archakov, Lab on a Chip. 12, 5104 (2012). V. P. Popov, O. V. Naumova, Yu.D. Ivanov, In Semiconductor-On-Insulator Materials for NanoElectronic Application, ed. by A. Nazarov, J.-P.Colinge, F. Balestra, J.-P. Raskin, F. Gamiz and V.S. Lysenko, Springer 2011, p.343-354.
Публікація статті	«Світ Медицини та Біології» №1(55), 2016 рік , 136-141 сторінки, код УДК 616.36