Tilbake til søkeresultatene

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

The interaction of photosensitive proteins with microfabricated sensor arrays

Alternativ tittel: Interaksjonen av lysfølsomme proteiner med mikrofabrikerte sensor matriser

Tildelt: kr 12,0 mill.

Prosjektnummer:

315108

Søknadstype:

Prosjektperiode:

2021 - 2025

Geografi:

Anvendelsen av naturlig forekommende protein nanomaskiner som erstatning for ødelagte fotoreseptorer i øyet, vil i dette prosjektet bli undersøkt som basis for å utvikle teknologi som kan gjenopprette synet til millioner av mennesker verden over. Formålet er å konstruere en kunstig retina basert på det lysfølsomme proteinet bakteriorhodopsin. Prosjektet vil benytte et «nedenfra og opp» konsept - i tråd med tankene bak moderne nanoteknologi - der mindre (nano)enheter blir brukt som byggesteiner for (større) mikrosystemer. Prosjektet kombinerer de beste egenskapene fra naturen i form av sofistikerte nanomaskiner, utviklet og optimalisert gjennom evolusjonsprosessen, med dagens toppmoderne elektroniske kretser og sensorer utviklet fra mikro- og nanoteknologi. Resultatet er en enhet som vil være direkte drevet av lys, krever ingen ekstern strømforsyning eller plasskrevende maskinvare, samt gir potensial for en langt større visuell oppløsning enn konkurrerende elektrodebaserte teknologier. Utviklingen av en mikrosensor matrise med integrerte optiske, elektriske og elektrokjemiske sensorer, utgjør et sentralt element i prosjektarbeidet. Sensor matrisen vil bli brukt til å kartlegge funksjonen til bakteriorhodopsin ved å foreta direkte optiske undersøkelser av den aktive (lysabsorberende) tilstanden samtidig som omfordelingen av ladninger og den påfølgende protontransport bestemmes. Protontransporten vil aktivere nervecellene i øyet til å sende impulser som kan gi synet tilbake. Bruken av en slik sensor matrise for funksjonell verifisering av bakteriorhodopsin har ennå ikke blitt rapportert. Arbeidet vil derfor generere ytterligere innsikt i proteinfunksjon, samt tilrettelegge for utvikling og kvalitetskontroll av implanterbare enheter som er basert på bakteriorhodopsin som lysaktivt element.

The aim of this proposal is to develop a high-resolution integrated microsensor array for rapid evaluation of biomolecular retinal implant prototypes based on photosensitive proteins. The array will consist of combined optical, electrical and electrochemical pixels that will measure the proton pumping action of bacteriorhodopsin (BR). A multiple sensor configuration will provide a direct optical investigation into the active (light absorbing) state of the protein while recording the charge redistribution and subsequent translocation of protons. Such functional verification has yet to be reported in scientific literature and would generate additional insight into protein behaviour as well as facilitating the development of implants using BR as the photo-transducing element. The sensors will be derived from micro- and nanotechnology and consists of photodiodes that mimicking the function of the biological retina. Each photodiode will be associated with an ion sensitive field effect transistor (ISFET) which records the ionic current originating from the proton translocation, and a platinum electrode detecting the amperometric signal originating from the charge displacement of the BR molecule. These three sensors form a collective single "pixel" in the microarray, which will vary in size from approx. 25 to 50 micrometers square. The retina implant will be incorporated on the microsensor array and consist of BR that is connected in series through a layer-by-layer deposition process. This will amplify the light induced ionic signal to a level that should depolarise intact bipolar cells in the retina in order to restore vision. This proposal builds on results obtained on a pre-project linked with a Leiv Eiriksson mobility award in which the photoactive and inactive state of BR films could be discriminated by CMOS photopixels without the use of any focusing lenses.

Aktivitet:

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale