Grafen -transistorer integrerade i en flexibel neuralsond gör det möjligt att mäta elektriska signaler från neuroner med hög noggrannhet och densitet. Insats:Sondens spets innehåller 16 flexibla grafentransistorer. Kredit:ICN2
Att mäta hjärnaktivitet med precision är viktigt för att utveckla ytterligare förståelse av sjukdomar som epilepsi och störningar som påverkar hjärnans funktion och motoriska kontroll. Neurala sonder med hög rumslig upplösning behövs för både inspelning och stimulering av specifika funktionella områden i hjärnan. Nu, forskare från Graphene Flagship har utvecklat en ny enhet för registrering av hjärnaktivitet i hög upplösning samtidigt som den bibehåller utmärkt signal / brusförhållande (SNR). Baserat på grafenfält-effekt-transistorer, de flexibla enheterna öppnar nya möjligheter för utveckling av funktionella implantat och gränssnitt.
Forskningen, publicerad i 2D -material , var en samarbetsinsats med Flagship -partners tekniska universitet i München (TU München; Tyskland), Institut d'Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS; Spanien), Spanska nationella forskningsrådet (CSIC; Spanien), The Biomedical Research Networking Center in Bioengineering, Biomaterial och nanomedicin (CIBER-BBN; Spanien) och Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2; Spanien).
Enheterna användes för att registrera de stora signalerna som genereras av pre-epileptisk aktivitet hos råttor, liksom de mindre nivåerna av hjärnaktivitet under sömnen och som svar på visuell ljusstimulering. Denna typ av aktiviteter leder till mycket mindre elektriska signaler, och är på nivå med typisk hjärnaktivitet. Neural aktivitet detekteras genom de mycket lokaliserade elektriska fälten som genereras när neuroner eldar, så tätt packad, ultra-små mätanordningar är viktiga för korrekta hjärnavläsningar.
De neurala sonderna placeras direkt på hjärnans yta, så säkerhet är av största vikt för utvecklingen av grafenbaserade neurala implantatanordningar. Viktigt, forskarna bestämde att de grafenbaserade sonderna är giftfria, och orsakade ingen signifikant inflammation.
De grafenbaserade neurala sonderna användes för att detektera råttornas svar på visuell stimulering, samt neurala signaler under sömnen. Båda typerna av signaler är små, och vanligtvis svårt att mäta. Kredit:ICN2
Enheter implanterade i hjärnan som neural protes för terapeutisk hjärnstimuleringsteknik och gränssnitt för sensoriska och motoriska enheter, såsom konstgjorda lemmar, är ett viktigt mål för att förbättra livskvaliteten för patienter. Detta arbete representerar ett första steg mot användningen av grafen i forskning såväl som kliniska neurala enheter, visar att grafenbaserad teknik kan leverera den höga upplösning och höga SNR som behövs för dessa applikationer.
Första författaren Benno Blaschke (TU München) sa "Graphene är ett av få material som tillåter inspelning i en transistorkonfiguration och samtidigt uppfyller alla andra krav för neurala prober som flexibilitet, biokompabilitet och kemisk stabilitet. Även om grafen är idealisk för flexibel elektronik, det var en stor utmaning att överföra vår tillverkningsprocess från styva underlag till flexibla. Nästa steg är att optimera tillverkningsprocessen för skivor och förbättra enhetens flexibilitet och stabilitet. "
Jose Antonio Garrido (ICN2), ledde forskningen. Han sade "Mekanisk överensstämmelse är ett viktigt krav för säkra neurala sonder och gränssnitt. För närvarande, fokus ligger på ultramjuka material som kan anpassa sig efter hjärnans yta. Grafene neurala gränssnitt har redan visat stor potential, men vi måste förbättra avkastningen och homogeniteten i produktionsprodukten för att gå vidare mot en verklig teknik. När vi väl har visat bevis på konceptet i djurstudier, nästa mål blir att arbeta mot den första mänskliga kliniska prövningen med grafenenheter under intraoperativ kartläggning av hjärnan. Detta innebär att alla regleringsfrågor i samband med medicinsk utrustning som säkerhet, biokompatibilitet, etc."
