Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1822/59472

TitleOptrode em silício com μ-LED integrado
Author(s)Souto, Márcio Rafael Rodrigues
Advisor(s)Ribeiro, J. F.
Issue date2018
Abstract(s)Nos dias que correm, as sondas neuronais são amplamente utilizadas na área da neurociência para estudar o comportamento e mapeamento cerebral bem como desmistificar a origem de doenças associadas ao foro neurológico. O aperfeiçoamento de novos métodos de fabrico das sondas neuronais e a investigação de novos materiais tem como objetivo procurar a melhor forma de inserir implantes neuronais provocando o mínimo impacto possível no cérebro e extraindo o máximo de informação. A optogenética é uma técnica que combina a capacidade de leitura elétrica dos neurónios nas sondas neuronais com ótica e genética. A genética é usada para inserir proteínas nos neurónios (denominadas de opsinas) e torná-los sensíveis à luz num determinado comprimento de onda. As sondas neuronais para utilização em optogenética devem ser capazes de aplicar luz aos neurónios (estimulador/inibidor, dependendo da opsina e comprimento de onda da luz), ao mesmo tempo que fazem a leitura elétrica dos sinais neuronais. As sondas neuronais para utilização em optogenética são denominadas de optrodes. O objetivo principal desta dissertação é o desenvolvimento de um optrode em substrato de silício para estimulação/leitura cerebral profunda. O optrode terá vários μ-elétrodos (pontos de leitura) e um μ-LED com o intuito de realizar a estimulação/inibição dos neurónios através da emissão de luz num determinado comprimento de onda. As técnicas de fabrico utilizadas para o fabrico do optrode foram a litografia (para padronização dos μ-elétrodos, pistas e contactos), a deposição de filmes-finos por deposição física de vapor (para formar os μ-elétrodos, pistas e contactos) e o corte com lâmina para definir a geometria do optrode. O optrode foi caracterizado realizando testes a nível da mecânica, ótica, eletroquímica e resistência às condições da aplicação. A caraterização mecânica do optrode foi realizada medindo a força aquando da sua inserção/desinserção em gelatina agar-agar e cérebro de vitelo cadáver. A caracterização ótica foi realizada medindo a curva de emissão e a intensidade de luz do μ-LED acoplado no optrode. A caracterização eletroquímica foi conseguida através de espectroscopia de impedância dos μ-elétrodos, utilizando a sua impedância a 1 kHz (frequência à qual os neurónios interagem) como referência. A resistência às condições da aplicação foi testada submetendo o optrode a condições adversas e comparáveis com as do cérebro, realizando testes de espetroscopia de impedância aos μ-elétrodos ao longo do tempo.
Nowadays, neural probes are widely used in the field of neuroscience to study brain behaviour and mapping as well as to demystify the origin of neurological diseases. The improvement of neural probes through new manufacture methods and the investigation of new materials aims to reduce the impact of probe’s insertion in the brain and extracting the maximum of information. Optogenetics is a technique that combines the neurons electrical recording in neural probes with optics and genetics. Genetics are used to insert proteins into neurons (called opsins) and make them sensitive to light at a given wavelength. Neural probes for use in optogenetics should be able to deliver light to neurons (stimulator/inhibitor, depending on opsin and light wavelength), while recording the neurons electrical signal. Neural probes for use in optogenetics are called optrodes. The main objective of this dissertation is to develop an optrode in silicon substrate for deep brain stimulation/recording. The optrode will have several μ-electrodes (recording points) and a μ-LED in order to stimulate/inhibit the neurons through the emission of light at a given wavelength. The manufacturing techniques used for optrode fabrication were lithography (for patterning of μ-electrodes, connection lines and contacts), deposition of thin films by physical vapour deposition (to form μ-electrodes, connection lines and contacts) and dicing cut to define the optrode geometry. The optrode was characterized by performing tests in mechanics, optics, electrochemistry and resistance to application conditions. The mechanical characterization of the optrode was performed by measuring the force upon insertion/removal into gelatine agar agar and calf brain cadaver. The optical characterization was performed by measuring the light intensity of the μ-LED coupled to the optrode. Electrochemical characterization was achieved by impedance spectroscopy of μ-electrodes, using their impedance at 1 kHz (frequency at which neurons interact) as a reference. Resistance to application conditions was tested by subjecting the optrode to adverse conditions comparable to those of the brain, performing impedance spectroscopy tests on μ-electrodes over time.
TypeMaster thesis
DescriptionDissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores
URIhttp://hdl.handle.net/1822/59472
AccessEmbargoed access (3 Years)
Appears in Collections:BUM - Dissertações de Mestrado Integrado

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68554_Dissertação_Versão_Final_Optrode+em+silício+com+u-LED+integrado.pdf
  Until 2022-01-01
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