Organic ultra-thin film transistors with a liquid gate for extracellular stimulation and recording of electric activity of stem cell-derived neuronal networks

文献情報

出版日 2013-01-16
DOI 10.1039/C3CP44251A
インパクトファクター 3.676
著者

Tobias Cramer, Beatrice Chelli, Mauro Murgia, Marianna Barbalinardo, Eva Bystrenova, Dago M. de Leeuw, Fabio Biscarini


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要旨

Electronic transducers of neuronal cellular activity are important devices in neuroscience and neurology. Organic field-effect transistors (OFETs) offer tailored surface chemistry, mechanical flexibility, and high sensitivity to electrostatic potential changes at device interfaces. These properties make them attractive for interfacing electronics with neural cells and performing extracellular recordings and stimulation of neuronal network activity. In this work we operate pentacene ultra-thin film (9 nm thick) transistors with a liquid gate both as transducers and electrical stimulators of neuronal network activity. These devices are highly sensitive to small potential changes in cell medium and exhibit sufficient stability under standard cell culture conditions for nine days. We show that murine neural stem cells can be adhered on top of functional devices without the need for an additional layer of cell-adhesive molecules, and then differentiated into neuronal networks. OFET response is monitored during the different phases of the neuronal differentiation process up to nine days. Only when stem cells are differentiated into neurons, it is possible to measure electrical signals in the OFET current following the stimulation. Due to the large sensing area of our device, which accommodates from hundreds to thousands of interconnected neurons, the OFET electrical signals arise from the collective electrophysiological response of the neuronal population. The maximum extracellular potential change in the cleft region adjacent to the transistor surface amounts to 350 μV. This demonstrates that pentacene ultra-thin film OFETs enable good cellular adhesion and efficient coupling of the ionic currents at the biological–organic semiconductor interface with the OFET current.

関連文献

Contents

Front/Back Matter

DOI: 10.1039/B7RP90005H

Society of Public Analysts

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Proceedings of the Society of Public Analysts

Other

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Paper

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Other

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Front cover

Other

DOI: 10.1039/CS99625FX025

Editorial

2003-02-12 Review Article

DOI: 10.1039/B301250F

Contents pages

Other

DOI: 10.1039/CS99625FP017

Back matter

Other

DOI: 10.1039/CS97201BP003

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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