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Type: TESE DIGITAL
Title: Projeto e fabricação de sondas neurais baseadas em MEMS
Title Alternative: Project and fabrication of MEMS based neural probes
Author: Malavazi, André Hernandes Alves, 1991-
Advisor: Panepucci, Roberto Ricardo
Abstract: Resumo: O crescimento acelerado de novas tecnologias tem impactado os mais variados campos das ciências puras e aplicadas. Por outro lado, avanços e descobertas científicas tem suscitado o desenvolvimento de novos instrumentos de pesquisa. A tecnologia MEMS (Microelectromechanical Systems), por exemplo, tem sido largamente empregada nas áreas biológica e biomédica, estabelecendo o campo conhecido atualmente como BioMEMS. Dada a natureza de sua escala e suas propriedades intrínsecas, microdispositivos vêm sendo utilizados desde sistemas microfluídicos para administração de drogas até biosensores para monitoramento médico. Em particular, suas características são de fundamental interesse para a neurociência. A contínua necessidade do desenvolvimento de dispositivos biomédicos implantáveis vem definindo as áreas de neuroengenharia e neurotecnologia. Neste contexto, sondas neurais são microdispositivos implantáveis capazes de estabelecer uma conexão entre o tecido nervoso e sistemas externos, permitindo tanto o registro quanto estímulo da atividade neuronal. Tradicionalmente, estes dispositivos foram desenvolvidos em silício, entretanto, mais recentemente sondas poliméricas têm sido amplamente investigadas, dada sua flexibilidade e biocompatibilidade. Este trabalho visou o entendimento e estabelecimento da tecnologia de projeto, microfabricação e caracterização de sondas neurais poliméricas de SU-8 para o registro in vivo da atividade neural de modelos animais. A diversidade nas dimensões e configurações das regiões de interesse no cérebro de distintos modelos requer sondas com diferentes configurações. Para isso foi elaborado uma metodologia de design paramétrico de sondas neurais, a partir de uma geometria base. O script produzido permite modificações e adaptações rápidas dos projetos, mediante a alteração de um número definido de parâmetros. O método de fabricação utilizado permitiu o desenvolvimento de protótipos pequenos, flexíveis e funcionais com sucesso. Como demonstração, quatro modelos de sondas neurais com diferentes dimensões foram projetadas, produzidas e empacotadas, fazendo-se uso de diferentes metais (TiN, Ti, Ti/Au e Cr/Au). Além disso, sondas de Ti/Au foram submetidas à processos de caracterização, com intuito de avaliar suas propriedades eletroquímicas. Assim, foram constatadas a região de potencial para o qual o dispositivo pode ser utilizado para estímulo neural com segurança, e os valores de sua impedância para diferentes frequências. Em particular para f = 1 kHz foi obtido uma impedância média de (26,6 ± 5,5) k?, considerada ideal para o registro da atividade elétrica de neurônios individuais. Por fim, sondas neurais de Ti/Au e Ti com Au eletrodepositado foram empregadas com sucesso para o registro in vivo de camundongos em experimentos de optogenética

Abstract: The rapid growth of new technologies is impacting several fields of pure and applied sciences. On the other hand, advances and scientific discoveries have induced the development of new research instruments. MEMS (Microelectromechanical Systems) technology, for example, has been widely employed in the biological and biomedical areas, setting the field currently known as BioMEMS. Given the nature of its scale and its intrinsic properties, micro devices have been used since microfluidic systems for drug delivery to biosensors for medical monitoring. In particular, its features are of fundamental interest to neuroscience. The continuous need for the development of implantable biomedical devices has been setting the neuroengineering and neurotechnology areas. In this context, neural probes are implantable microdevices capable to establish a connection between the nervous tissue and external systems, allowing both the registration and stimulation of neuronal activity. Traditionally, these devices have been developed with silicon, however more recently polymeric probes has been widely investigated due to its flexibility and biocompatibility. This work aims the understanding and establishment of the technology of design, microfabrication and characterization of polymeric SU-8 neural probes for in vivo recording of neural activity in animal models. The diversity in the dimensions and configurations of the brain¿s regions of interest of different models requires probes with different configurations. It was developed a parametric design methodology of neural probes, from a based geometry. The produced script allows modifications and faster adaptations of projects by amending a defined number of parameters. The manufacturing method used allowed the development of small, flexible and functional prototypes successfully. As a demonstration, four models of neural probes with different dimensions were designed, produced and packaged, making use of different metals (TiN, Ti, Ti/Au and Cr/Au). In addition, Ti/Au probes were subjected to characterization processes, in order to assess their electrochemical properties. Thus, it was found the pontetial region to which the device can be safely used for neural stimulation, and their impedance values for different frequencies. Particularly for f = 1 kHz it was obtained an average impedance of (26.6 ± 5.5) K?, considered ideal for recording the electrical activity of individual neurons. Finally, Ti/Au and Ti with electroplated Au neural probes were successfully employed to in vivo mice registration in optogenetics experiments
Subject: Sondas neurais
Sistemas microeletromecânicos
BioMEMS
Microfabricação
Microeletrodos
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2016
Appears in Collections:IFGW - Dissertação e Tese

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