Graphene microtransistors
En aquesta tesi doctoral es desenvolupen interfícies neuronals basades en transistors de grafè d'efecte de camp modulats per electròlit (gSGFETs), s'avalua la seva viabilitat per al registre in vivo de potencials de camp cerebral i es compara amb tecnologies de registre d'última gener...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2021 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:257740 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/257740 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Neurotecnologia Neurotecnología Neurotechnology Electrofisiologia Electrofisiología Electrophysiology Grafè Grafeno Graphene Tecnologies 621.3 |
| Sumario: | En aquesta tesi doctoral es desenvolupen interfícies neuronals basades en transistors de grafè d'efecte de camp modulats per electròlit (gSGFETs), s'avalua la seva viabilitat per al registre in vivo de potencials de camp cerebral i es compara amb tecnologies de registre d'última generació. S'han dissenyat sondes neuronals de superfície flexible que contenen matrius de gSGFETs i s'han desenvolupat procediments de microfabricació que permeten una producció a escala d'oblia reproduïble i amb un alt rendiment. Una àmplia caracterització elèctrica ha demostrat que les matrius de gSGFET fabricades tenen un guany constant en un ampli ample de banda (de CC a diversos kHz), una alta homogeneïtat i un soroll intrínsec comparables a les tecnologies estàndard. Atès que el registre de senyals cerebrals amb una configuració de transistor no és una tècnica habitual, s'ha desenvolupat i validat una metodologia d'adquisició i postprocessament complet que permet registrar senyals de voltatge amb alta fidelitat. A més, s'han estudiat les capacitats de registre dels gSGFET in vivo en rosegadors. S'han obtingut enregistraments aguts d'activitat espontània i evocada en rates anestesiades mitjançant gSGFET epicorticals amb una qualitat similar als microelectrodes d'última generació i s'ha estimat la relació senyal-soroll dels registres fets amb gSGFET, confirmant les excel·lents capacitats de registre. A més, s'ha dut a terme un estudi crònic que mostra l'estabilitat de les matrius de gSGFET durant tota la durada de l'implant, fins a cinc mesos, suggerint un límit inferior a les capacitats de registre crònic dels gSGFET. Una limitació actual de les matrius de microelèctrodes és que per inestabilitats electroquímiques relacionades amb el material sensor dificulten el registre de l'activitat infralenta (ISA, <0.1Hz). L'ISA reflecteix processos neuronals importants que són rellevants tant per a la cognició com per a estats patològics. Per tant, vam explorar si la tecnologia gSGFET podria tenir avantatges sobre les tecnologies actuals per al registre d'ISA. Per estudiar les capacitats de registre ISA es va escollir la ona de depressió cortical (CSD), un fenomen neurofisiològic que s'associa amb un empitjorament dels pronòstic en múltiples patologies neurològiques incloses l'epilèpsia, la migranya i l'ictus. Els resultats obtinguts mostren que els gSGFET registren CSD amb una fidelitat més alta que els microelectrodes metàl·lics, i de manera similar a les micropipetes de vidre, tot superant les seves limitacions de mapatge. Les excelents capacitats de mapatge d'ISA dels gSGFETs van ser explotades per a la investigació en neurociència. En combinació amb la modulació optogenètica de l'activitat cerebral, es van utilitzar gSGFETs per caracteritzar els efectes electrofisiològics de la CSD en ratolins desperts. A més, es va desenvolupar una metodologia experimental que facilita les investigacions sobre les CSD. Més enllà de la CSD, també es descriu i es discuteixen les aplicacions de la tecnologia gSGFET per registrar altres potencials cerebrals patològics relacionats amb l'ISA, com ara canvis en el potencial extracelular basal degut a crisis epilèptiques. Per ampliar encara més les aplicacions dels gSGFETs i accelerar les investigacions sobre ISA, es demostra la compatibilitat dels gSGFETs amb tècniques d'imatge cerebral d'última generació mitjançant experiments multimodals que combinen gSGFETs amb imatge per ultrasons funcionals o imatges mesoscòpiques de fluorescència d'indicadors codificats genèticament. En resum, els resultats presentats indiquen la tecnologia gSGFET com una alternativa superior a les matrius de microelectrodes per al registre d'ISA. La tecnologia gSGFET desenvolupada és madura i està llesta per ser adoptada per laboratoris de recerca, amb un potencial especial per a la investigació translacional bàsica i preclínica. Un desenvolupament tecnològic addicional enfocat a la translació clínica dels dispositius podria aportar als pacients els avantatges d'un millor monitoratge de la fisiologia cerebral. |
|---|