Commercial translation of high-density carbon fiber electrode arrays for multi-modal analysis of neural microcircuits

用于神经微电路多模态分析的高密度碳纤维电极阵列的商业转化

基本信息

  • 批准号:
    10761217
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 148.76万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-18 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

ABSTRACT The ability to measure and manipulate local brain circuit activity in living, behaving animals is essential to understanding the complexities of brain function and dysfunction. A novel, penetrating high-density carbon fiber electrode array composed of flexible, ultrathin conductive carbon microfibers was recently developed under the BRAIN Initiative to study neural microcircuit dynamics. In contrast to conventional microelectrode arrays, carbon fiber arrays are exceptionally biocompatible and produce minimal glial scarring resulting in exceptional proximity of the recording electrodes to neurons for unprecedented single-unit recording yield with improved electrode stability, high signal-to-noise recording, and high charge injection capacity (CIC) for superior stimulation. In addition, these arrays can be used to measure neurotransmitter or other biological compounds using fast-scan cyclic voltammetry (FSCV). Led by Blackrock Neurotech, a pioneer and industry leader in microelectrode array fabrication, the goal of this Direct-to-Phase II SBIR is to translate the novel laboratory fabricated high-density carbon fiber array (C-CFA) by the Chestek lab at the University of Michigan to a state-of-the-art commercial product (BRN-CFA) to enable broad dissemination of this powerful and versatile neurotechnology across the neuroscience community. Aim 1: Microfabrication and assembly of the BRN-CFA will dramatically improve the microfabrication process for the silicon support shuttles of the carbon fibers in the BRN-CFA by removing occupationally hazardous materials from the fabrication scheme and adopting a modern silicon-on-insulator wafer fabrication process to improve manufacturing safety, efficiency, and reliability. Array assembly and fabrication will occur under Blackrock’s Quality Management System. Aim 2: Performance validation and process transfer to Blackrock Neurotech will assess the optimized BRN-CFA electrical characteristics, robustness, stability, and longevity through in-vitro electrical, electrochemical testing, accelerated aging, and visual inspection. Analyses will be cross-validated against the C-CFA. The validated geometry, fabrication, and assembly processes will be transferred to Blackrock manufacturing to enable robust and reproducible production. Aim 3. In-vivo chronic performance validation of the BRN-CFA will cross-validate the BRN-CFA against the C- CFA in a 6-month in-vivo study in rat cortex to assess insertability and chronic performance of the devices. The successful outcome of this project will be the first commercially available BRN-CFA with exceptional performance for the study of local neural circuit dynamics. By addressing this critical, unmet need, the BRN-CFA product promises to accelerate basic scientific discovery of brain dynamics and the development of next-generation therapies.
抽象的 衡量和操纵当地脑电路活动的能力,行为动物对于 了解大脑功能和功能障碍的复杂性。一种新颖的,穿透的高密度碳纤维 电极阵列最近由柔性,超薄导电碳超纤维组成 研究神经微电路动力学的大脑倡议。与传统的微电极阵列相反,碳 纤维阵列具有异常生物相容性,可产生最小的神经胶质疤痕,导致特殊性 对神经元的记录电子,以提高电子的前所未有的单单元记录产率 稳定性,高信噪记录和高电荷注入能力(CIC),可用于出色的刺激。在 此外,这些阵列可用于使用快速扫描来测量神经递质或其他生物化合物 环状伏安法(FSCV)。由Blackrock Neurotech领导,他是微电极阵列的先驱和行业领导者 制造,直接到相位II SBIR的目的是翻译新型实验室的高密度 密歇根大学Chestek Lab撰写的碳纤维阵列(C-CFA) 产品(BRN-CFA)能够广泛传播这种强大而多才多艺的神经技术 神经科学社区。 AIM 1:BRN-CFA的微加工和组装将显着改善 硅纤维在BRN-CFA中的硅纤维班车的微加工过程通过删除 制造计划中占据危险的材料,并采用现代硅在绝缘子 摇动制造过程,以提高制造的安全性,效率和可靠性。阵列组件和 贝莱德的质量管理系统将发生制造。目标2:绩效验证和过程 转移到贝莱德神经技术将评估优化的BRN-CFA电气特性,鲁棒性, 稳定性和通过体外电气,电化学测试,加速衰老和视觉的寿命 检查。分析将针对C-CFA进行交叉验证。经过验证的几何形状,制造和 组装过程将转移到贝莱德制造中,以实现强大的生产和繁殖。 AIM3。BRN-CFA的体内慢性性能验证将跨验证BRN-CFA针对C- 在大鼠皮层的6个月内研究中,CFA评估了设备的插入性和长期性能。这 该项目的成功结果将是第一个具有出色性能的市售BRN-CFA 用于研究局部神经电路动力学。通过解决这个关键,未满足的需求,BRN-CFA产品 有望加快大脑动态的基本科学发现和下一代的发展 疗法。

项目成果

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