Graphene devices for cell bioelectronics
Los avances en neurociencia son posibles gracias al desarrollo progresivo de nuevas herramientas y técnicas que ofrecen a los investigadores la capacidad de visualizar y registrar cada vez más aspectos del sistema nervioso. De entre todas estas herramientas, los electrodos y las matrices de microele...
| Author: | |
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| Format: | doctoral thesis |
| Status: | Published version |
| Publication Date: | 2022 |
| Country: | España |
| Institution: | CBUC, CESCA |
| Repository: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/688832 |
| Online Access: | http://hdl.handle.net/10803/688832 |
| Access Level: | Open access |
| Keyword: | Grafe Grafeno Graphene Neurociencia Neuroscience Ciències Experimentals 53 |
| Summary: | Los avances en neurociencia son posibles gracias al desarrollo progresivo de nuevas herramientas y técnicas que ofrecen a los investigadores la capacidad de visualizar y registrar cada vez más aspectos del sistema nervioso. De entre todas estas herramientas, los electrodos y las matrices de microelectrodos nos permite medir y estudiar directamente la actividad eléctrica producida por el cerebro y los demás órganos del sistema nervioso, con una gran resolución espacial y temporal. Además, los electrodos nos permiten establecer una comunica ción bidireccional con el tejido neural, aplicando pulsos de estimulación eléctrica que pueden ser utilizados para estudiar explorar distintos aspectos del cerebro o incluso para restaurar las capacidades neurológicas perdidas a causa de enfermedades o accidentes. La necesidad de materiales estables y biocompatibles, pero a la vez capaces de registrar actividad eléctrica con bajo ruido e inyectar suficiente corriente como para estimular el tejido neural, ha llevado a los investigadores a explorar nuevos materiales para fabricar electrodos destinados a interactuar con el sistema nervioso. Dentro de este marco, hemos explorado las capacidades de diferentes materiales basados en el carbono para interactuar bidireccionalmente con el tejido nervioso. En esta tesis, hemos desarrollado matrices de multielectrodos de grafeno monocapa con bajo ruido y las hemos utilizado para medir actividad eléctrica en cultivos corticales primarios. También hemos desarrollado dispositivos de grafeno monocapa transparentes y flexibles, con un sólo macroelectrodo, y los hemos usado para medir electrorretinogramas, comparándolos con el estado actual de la técnica para uso animal, utilizando un equipo de medida aprobado para uso clínico y comercialmente disponible. Además, aprovechando la transparencia del grafeno monocapa, hemos desarrollado matrices de microelectrodos transparentes y, que nos permiten obtener información espacial del potencial corneal. En esta tesis, también presentamos la fabricación de nuevos electrodos de óxido de grafeno reducido, que nos han permitido desarrollar matrices de microelectrodos con altas capacidades de inyección de carga y bajos valores de ruido eléctrico. Hemos demostrado que estas matrices de microelectrodos son capaces de permitir el crecimiento y desarrollo de cultivos primarios hipocampales saludables y de comunicarse de forma bidireccional con ellos, realizando medidas y aplicando estímulos de forma simultánea. Finalmente, y para explotar la versatilidad de nuestras matrices de microelectrodos basadas en grafeno, hemos explorado tres técnicas diferentes para guiar y controlar el crecimiento de neuronas cultivadas sobre nuestros dispositivos, con el objetivo de desarrollar nuevas herramientas diseñadas para estudiar diversos problemas neurocientíficos empleando la bottomup neuroscience. En general, los resultados presentados en esta tesis demuestran que los electrodos basados en el grafeno, con su estabilidad, biocompatibilidad y extraordinarias capacidades eléctricas, son herramientas extremadamente valiosas para realizar estudios de neurociencia in vitro e in vivo. |
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