Publicação
Sonda ultra-fina e flexível para aquisição de atividade neuronal
| Resumo: | O cérebro humano, com cerca de 86 mil milhões de neurónios, transmite informações de forma complexa. Doenças como epilepsia e Alzheimer afetam a qualidade de vida, tornando essencial o estudo do cérebro para desenvolver tratamentos inovadores. As sondas neuronais implantáveis, que registam ou modulam a atividade neuronal, evoluíram nas últimas décadas e são amplamente utilizadas no tratamento de doenças como Parkinson e epilepsia. A resposta imunitária provocada por sondas neuronais rígidas pode ser minimizada com o uso de sondas flexíveis que imitam a suavidade e os movimentos do cérebro. Nos últimos anos, sondas neuronais flexíveis de polímeros, como a poliimida (PI), têm sido desenvolvidas para reduzir o desfasamento mecânico entre a sonda e o tecido cerebral, melhorando a qualidade dos sinais registados. O foco desta tese de doutoramento foi a implementação de uma sonda neuronal flexível, com a padronização de microelétrodos de platina (Pt) num substrato de PI fotossensível. Foram produzidas duas iterações da sonda: a primeira com microelétrodos de platina eletrodepositada e a segunda com microelétrodos de platina depositada através de pulverização catódica por magnetrão de corrente contínua (DC). Estas sondas apresentam uma haste com um comprimento de 6 mm, secção transversal de 130 μmx9 μm, pistas com uma largura de 5 μm e um pitch de 10 μm e onze microelétrodos com uma área ativa de 9 μmx9 μm. A caraterização eletroquímica dos microelétrodos resultou em valores de impedância a 1 kHz de 350 kΩ e 327 kΩ para as duas iterações, respetivamente. A validação da segunda iteração da sonda consistiu na gravação da atividade neuronal extracelular num rato anestesiado, onde foram registados diversos potenciais de ação e potenciais de campo local intracraniano (LFPs). Foi também fabricada uma guia de onda com um núcleo e encapsulamento de TiO2 e SiO2, respetivamente. Esta guia de onda foi projetada para transmitir luz com um comprimento de onda (λ) de 470 nm, para utilização futura em aplicações optogenéticas excitatórias da opsina channelrhodopsin-2 (ChR2). Para a determinação das dimensões otimizadas das gratings para o acoplamento e desacoplamento da luz, foram realizadas simulações recorrendo ao método de elementos finitos (FEM) e ao método das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD). As dimensões da grating de transmissão de acoplamento foram um período da grating (ꓥ) de 650 nm e um duty-cycle de 63 % e para a grating de transmissão de desacoplamento foram um ꓥ de 800 nm e um duty-cycle de 64 %, sendo obtida uma atenuação ótica do dispositivo de 10.58 dB. Por fim, foi também realizado o estudo de um material alternativo (SiN) para o fabrico do núcleo da guia de onda. |
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| Autores principais: | Freitas, João Rui Martins |
| Assunto: | Atividade neuronal Guias de onda Microelétrodos Sondas neuronais flexíveis Flexible neuronal probes Microelectrodes Neuronal activity Waveguides Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática |
| Ano: | 2025 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | português |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | O cérebro humano, com cerca de 86 mil milhões de neurónios, transmite informações de forma complexa. Doenças como epilepsia e Alzheimer afetam a qualidade de vida, tornando essencial o estudo do cérebro para desenvolver tratamentos inovadores. As sondas neuronais implantáveis, que registam ou modulam a atividade neuronal, evoluíram nas últimas décadas e são amplamente utilizadas no tratamento de doenças como Parkinson e epilepsia. A resposta imunitária provocada por sondas neuronais rígidas pode ser minimizada com o uso de sondas flexíveis que imitam a suavidade e os movimentos do cérebro. Nos últimos anos, sondas neuronais flexíveis de polímeros, como a poliimida (PI), têm sido desenvolvidas para reduzir o desfasamento mecânico entre a sonda e o tecido cerebral, melhorando a qualidade dos sinais registados. O foco desta tese de doutoramento foi a implementação de uma sonda neuronal flexível, com a padronização de microelétrodos de platina (Pt) num substrato de PI fotossensível. Foram produzidas duas iterações da sonda: a primeira com microelétrodos de platina eletrodepositada e a segunda com microelétrodos de platina depositada através de pulverização catódica por magnetrão de corrente contínua (DC). Estas sondas apresentam uma haste com um comprimento de 6 mm, secção transversal de 130 μmx9 μm, pistas com uma largura de 5 μm e um pitch de 10 μm e onze microelétrodos com uma área ativa de 9 μmx9 μm. A caraterização eletroquímica dos microelétrodos resultou em valores de impedância a 1 kHz de 350 kΩ e 327 kΩ para as duas iterações, respetivamente. A validação da segunda iteração da sonda consistiu na gravação da atividade neuronal extracelular num rato anestesiado, onde foram registados diversos potenciais de ação e potenciais de campo local intracraniano (LFPs). Foi também fabricada uma guia de onda com um núcleo e encapsulamento de TiO2 e SiO2, respetivamente. Esta guia de onda foi projetada para transmitir luz com um comprimento de onda (λ) de 470 nm, para utilização futura em aplicações optogenéticas excitatórias da opsina channelrhodopsin-2 (ChR2). Para a determinação das dimensões otimizadas das gratings para o acoplamento e desacoplamento da luz, foram realizadas simulações recorrendo ao método de elementos finitos (FEM) e ao método das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD). As dimensões da grating de transmissão de acoplamento foram um período da grating (ꓥ) de 650 nm e um duty-cycle de 63 % e para a grating de transmissão de desacoplamento foram um ꓥ de 800 nm e um duty-cycle de 64 %, sendo obtida uma atenuação ótica do dispositivo de 10.58 dB. Por fim, foi também realizado o estudo de um material alternativo (SiN) para o fabrico do núcleo da guia de onda. |
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