Wireless, implantable optofluidic systems for programmed pharmacology and optogenetics

用于程序药理学和光遗传学的无线、植入式光流控系统

基本信息

  • 批准号:
    9924689
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 66.34万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-09-20 至 2022-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract Neuroscience research over the last decade has been revolutionized by many technological advancements. Pharmacology and optogenetics represent two distinct, and sometimes complementary tools used in neuroscience research to study the central and peripheral nervous systems in the context of the BRAIN initiative. Advanced interrogations of underlying neural circuits and biology are often frustrated, however, by technological limitations that prevent the use of these approaches to study natural behaviors of untethered, freely moving animals. Traditional fiber-optic cable for optogenetics and bulky metal cannulas connected with external mechanical pumps for pharmacology impart significant damage to fragile neural tissue, limit the natural behavior of freely moving animals, affect social interactions and movements in complex, naturalistic 3D environment, and lead to persistent irritation at the biotic/abiotic interface due to mechanical mismatch and micromotions. These drawbacks, together with the costly setup, of current technologies motivate the development of innovative engineering designs to improve fidelity, operational ease, versatility and range of advanced brain research studies with live animal models. Our work during Phase I developed an integrated, wireless platform that combines capabilities in programmable pharmacology via soft μ-fluidic channels and optogenetics through an implantable μ-scale inorganic light emitting diodes (μ-ILEDs). The proposed work for Phase II focuses on translational engineering research to refine the device designs and to develop a low-cost, mass-manufacturing process. Specifically, the proposed work will (1) establish device designs, and manufacturing process for low-cost, outsourced production, (2) expand the functionality for directly interfacing with peripheral nerve and spinal cord, and (3) develop advanced capabilities in power harvesting, modulation, and control, and broaden the impact on neuroscience research. This work will yield a broadly useful, low-cost, wireless platforms for programmable pharmacology and optogenetics in various contexts of essential relevance to the BRAIN initiative.
项目概要/摘要 过去十年的神经科学研究因许多技术进步而发生了革命性的变化。 药理学和光遗传学代表了两种不同的、有时是互补的工具。 神经科学研究,在 BRAIN 计划的背景下研究中枢和周围神经系统。 然而,对底层神经回路和生物学的高级研究常常因技术的原因而受挫。 阻碍使用这些方法来研究不受束缚、自由移动的自然行为的局限性 动物。用于光遗传学的传统光纤电缆和与外部连接的笨重金属插管 用于药理学的机械泵会对脆弱的神经组织造成严重损害,限制自然行为 自由移动的动物,影响复杂、自然的 3D 环境中的社会互动和运动,以及 由于机械不匹配和微运动,导致生物/非生物界面的持续刺激。这些 当前技术的缺点以及昂贵的设置激励了创新技术的发展 工程设计可提高高级大脑研究的保真度、操作简便性、多功能性和范围 使用活体动物模型进行研究。 我们在第一阶段的工作开发了一个集成的无线平台,该平台结合了可编程功能 通过软μ流体通道进行药理学,通过植入式μ尺度无机发光进行光遗传学 二极管(μ-ILED)。第二阶段的拟议工作重点是转化工程研究,以完善 器件设计并开发低成本、大规模制造工艺。具体来说,拟议的工作将(1) 建立低成本、外包生产的设备设计和制造工艺,(2) 扩大 直接与周围神经和脊髓连接的功能,以及 (3) 开发高级功能 能量收集、调制和控制,并扩大对神经科学研究的影响。这项工作将 产生一个广泛有用的、低成本的无线平台,用于各种可编程药理学和光遗传学 与 BRAIN 计划密切相关的背景。

项目成果

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  • 资助金额:
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