Integration of High Definition Display Technologies with Platinum Nanorod Microelectrodes for Large Scale in-vivo Recording and Stimulation

高清显示技术与铂纳米棒微电极的集成,用于大规模体内记录和刺激

基本信息

  • 批准号:
    10293899
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 201.24万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

ABSTRACT We propose to develop novel neurorecording devices using sequential thin-film transistors that are capable of recording and stimulating brain activity with thousands of channels using only 8 wires and to demonstrate broadband recordings with large area coverage in fully awake, chronically implanted mice performing a decision task. Our approach leverages the low temperature processing of the high mobility indium gallium zinc oxide (IGZO) thin film transistors (TFTs) on flexible substrates and uses chemically etched platinum nanorods (PtNRs), with nearly an ideal electrochemical interface for recording and stimulation that is of low impedance, stable/durable, and biocompatible, and which can be scaled to very tight pitches and high densities without compromising these properties. Our efforts are staged with device, circuit, and electrochemical benchtop testing, followed by in vivo acute and chronic recordings in rodents and compare the fidelity of the recordings across all frequencies with side-by-side integrated passive electrodes. In Aim 1, we will fabricate PtNR-IGZO multiplexing TFT arrays and perform comprehensive benchtop testing to validate sensitivity and stability by accelerated aging in the wet environment and validation of recording and stimulation in acute rat experiments. In Aim 2, we will scale the novel PtNR-sequential TFT (PtNR-SEQTFT) arrays to record/stimulate from 5041/100 contacts using only 8 wires and validate their operation in benchtop and acute rat experiments. In Aim 3, we will optimize the PtNR-SEQTFT for chronic implantation in mice and utilize two layouts: (1) Type I will have the TFTs located on top of the electrode grid as a necessary “preclinical” step toward an eventual clinical device (human recordings are beyond the current scope); (2) Type II will have the TFTs arranged on the periphery of the array making the electrode array area optically transparent. This device is targeted for basic neuroscience applications in awake, chronically implanted mice performing a decision task to demonstrate the ability of this novel technology to bridge single-cell neuronal activity to large-scale circuit phenomenon of brain waves and to cognitive performance. This project will enable a new generation of microelectrode arrays with superior spatiotemporal resolution to provide a panoramic view of the coordinated brain activity across multiple regions that produces function. It has potential to address fundamental neuroscience questions that require large scale recordings and to be advanced for future clinical applications. The technology is also extendable to depth electrodes and is compatible with complementary multimodal brain interrogation technologies. Our project builds around a true interdisciplinary integration of electrode interfaces and devices, circuit design, and neuroscience. We will advance and disseminate this technology leveraging collaborative ties among the participating investigators and extensive resources and infrastructure at University of California San Diego (UCSD) and Boston University (BU).
抽象的 我们建议使用能够的顺序薄膜晶体管开发新的神经记录设备 仅使用8条电线使用数千个通道记录和刺激大脑活动,并证明 宽带记录具有较大的面积覆盖范围,完全清醒,长期植​​入的小鼠执行决定 任务。我们的方法利用了高迁移率二具有的低温处理 (Igzo)柔性底物上的薄膜晶体管(TFTS),并使用化学蚀刻的铂纳米棒(PTNR), 具有几乎理想的电化学接口,用于记录和刺激的阻抗低, 稳定/耐用且具有生物相容性,并且可以缩放到非常紧的球场和高密度的情况下 损害这些特性。我们的努力是通过设备,电路和电化学台式测试进行的, 其次是体内急性和啮齿动物中的慢性记录,并比较所有人的录音的保真度 并排整合被动电子的频率。 在AIM 1中,我们将制造PTNR-IGZO多路复用TFT阵列,并进行全面的台式测试 通过在湿环境中加速衰老来验证灵敏度和稳定性,并验证记录和 急性大鼠实验的刺激。在AIM 2中,我们将缩放新型的PTNR序列TFT(PTNR-SEQTFT) 仅使用8台电线从5041/100触点记录/刺激的阵列并在台式机中验证其操作 和急性大鼠实验。在AIM 3中,我们将优化小鼠慢性植入的PTNR-SeqTFT, 利用两个布局:(1)I类型将在电极网格顶部将TFT作为必要的“临床前” 迈向最终的临床装置(人类记录超出了当前范围); (2)II类 排列在阵列外围的TFT,使电极阵列面积光学透明。这 设备针对醒着的基本神经科学应用,长期植入的小鼠执行决定 证明这项新技术能够将单细胞神经元活动桥接到大规模电路的任务 脑波现象和认知表现。 该项目将使新一代的微电极阵列具有较高的时空分辨率为 在产生功能的多个区域之间提供了协调的大脑活动的全景。它有 解决需要大规模记录并要提前的基本神经科学问题的潜力 用于将来的临床应用。该技术还扩展到深度电极,并且与 互补的多模式询问技术。我们的项目围绕一个真正的跨学科建设 电极接口和设备,电路设计和神经科学的集成。我们将进步, 传播这项利用参与调查人员之间的合作关系的技术和广泛的 加州大学圣地亚哥分校(UCSD)和波士顿大学(BU)的资源和基础设施。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
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