Graphene-based carbon-layered electrode array technology for neural imaging and optogenetic applications.
Graphene-based carbon-layered electrode array technology for neural imaging and optogenetic applications.
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基于石墨烯的碳层电极阵列技术，用于神经成像和光遗传应用。
DOI：
10.1038/ncomms6258
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发表时间：
2014-10-20
影响因子：
16.6
通讯作者：
Williams, Justin C.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Park, Dong-Wook;Schendel, Amelia A.;Mikael, Solomon;Brodnick, Sarah K.;Richner, Thomas J.;Ness, Jared P.;Hayat, Mohammed R.;Atry, Farid;Frye, Seth T.;Pashaie, Ramin;Thongpang, Sanitta;Ma, Zhenqiang;Williams, Justin C.
在从紫外线到红外线的宽波长范围内透明的神经微电极阵列可以允许同时进行电生理学和光学成像，以及底层脑组织的光遗传学调制。神经微电极的长期生物相容性和可靠性还需要其机械灵活性和与软组织的顺应性。在这里，我们提出了一种基于石墨烯的碳层电极阵列（CLEAR）装置，该装置可以植入啮齿动物的大脑表面以进行高分辨率神经生理学记录。我们将该器件的光学透明度表征为在紫外到红外光谱范围内的透射率 >90%，并通过使用这种广谱透明度的光学接口实验证明了其实用性。这些包括电极正下方的焦点皮质区域的光遗传学激活、通过荧光显微镜和 3D 光学相干断层扫描对皮质脉管系统进行体内成像。这项研究展示了 CLEAR 设备的一系列接口能力及其在神经应用中的实用性。 监测啮齿动物体内大脑的神经元活动通常使用微电极阵列来完成，但这些设备通常与光学技术不兼容。在这里，作者设计了一种基于石墨烯的透明且灵活的电极阵列，使他们能够将电生理记录与光遗传学和成像实验结合起来。
Neural micro-electrode arrays that are transparent over a broad wavelength spectrum from ultraviolet to infrared could allow for simultaneous electrophysiology and optical imaging, as well as optogenetic modulation of the underlying brain tissue. The long-term biocompatibility and reliability of neural micro-electrodes also require their mechanical flexibility and compliance with soft tissues. Here we present a graphene-based, carbon-layered electrode array (CLEAR) device, which can be implanted on the brain surface in rodents for high-resolution neurophysiological recording. We characterize optical transparency of the device at >90% transmission over the ultraviolet to infrared spectrum and demonstrate its utility through optical interface experiments that use this broad spectrum transparency. These include optogenetic activation of focal cortical areas directly beneath electrodes, in vivo imaging of the cortical vasculature via fluorescence microscopy and 3D optical coherence tomography. This study demonstrates an array of interfacing abilities of the CLEAR device and its utility for neural applications. Monitoring neuronal activity in the rodent in vivo brain is commonly done using micro-electrode arrays but these devices are not normally compatible with optical technologies. Here the authors design a transparent and flexible electrode array based on graphene that allows them to combine electrophysiological recordings with optogenetic and imaging experiments.
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