Novel Transparent, Ultra-soft Neuroelectrode Arrays Based on Nanomeshing Conventional Electrode Materials

基于纳米网格传统电极材料的新型透明、超软神经电极阵列

基本信息

  • 批准号:
    10541287
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 177.81万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-15 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract There is a growing interest to effectively combine optical approaches with electrophysiology at large scale and with great precision to fully leverage the complementary spatial and temporal resolution advantages of both techniques. It is also widely recognized that device softness and compliance are important attributes to dramatically lower tissue injury and irritation and maintain signal quality over time. Our long-term goals are (i) to converge electrophysiology with optical brain recording/stimulation seamlessly at the large scale to achieve high-spatiotemporal-resolution brain activity mapping which captures both the finest spatial intricacies of the neuronal circuit and fastest temporal dynamics of neuronal communication and (ii) to integrate electrode arrays seamlessly with the brain tissue. The objective of this R01 application, which is the first step in achieving these goals, is to develop and validate a novel neuroelectronic tool which provides state-of-the-art electrophysiological capabilities while allowing at the same time, optical and chronic-bio- compatibilities, realized critically through the optical transparency and mechanical ultra-softness of the entire MEA, along with other engineering efforts. We are very ambitious about tackling both of these two big challenges because of a unified technical concept, nanomeshing conventional electrode materials. In our prior work, we have proposed this novel electrode concept, which has led to the demonstration of transparent, flexible electrodes with high performance of sizes down to 15×15µm2, and with the ability to record single-unit spikes. In this application, we aim to prove: this nanomeshing concept can lead to 100s-electrode- scale, high-density, transparent and ultra-soft electrode arrays that simultaneously allow both the capability of (i) effectively integrating electrical recordings/stimulation with optical imaging in vivo, and (ii) chronic stability of single-unit recordings. The proof of this concept will readily enable stable, concurrent electrical/optical investigations of the brain at the mm-to-cm scale with further scalability, while also providing unique opportunities for next-generation therapeutic interventions via sustainable neural prosthetics. In three inter- related aims, we will develop and validate proof-of-concept, nanomesh-microelectrode-based, transparent, ultra-soft, high-density (NANOMESH) array with at least 256 high-performance nanomesh microelectrodes and artifact rejecting wireless data link through an interdisciplinary 3-year plan integrating innovative technological developments with basic neuroscience testing. We will benchmark our devices to industry standards in vivo, and integrate neural engineering feedback throughout the design, testing and validation phases of the project. This project leverages a vibrant and successful collaboration between material scientists, neuro-engineers, electrical engineers, and neuroscientists to translate transparent nanomesh technology into large-scale brain- mapping tools and implantable devices.
抽象的 人们对大规模有效地将光学方法与电生理学结合起来越来越感兴趣 并以高精度充分利用互补的空间和时间分辨率优势 人们还广泛认识到,设备的柔软性和顺应性是这两种技术的重要属性。 显着降低组织损伤和刺激,并长期保持信号质量。 将电生理学与光学脑记录/刺激大规模无缝融合,以实现 高时空分辨率的大脑活动映射,捕捉了大脑最精细的空间复杂性 神经回路和神经通讯的最快时间动态以及(ii)集成电极阵列 R01 应用程序的目标是实现这些目标,这是实现这些目标的第一步。 目标是开发和验证一种新颖的神经电子工具,该工具提供最先进的 电生理能力,同时允许光学和慢性生物相容性, 通过整个 MEA 的光学透明度和机械超柔软性以及 由于以下原因,我们对解决这两个重大挑战非常雄心勃勃。 统一技术理念,纳米网格化常规电极材料。 在我们之前的工作中,我们提出了这种新颖的电极概念,这导致了 透明、柔性电极,具有高性能,尺寸小至 15×15μm2,并且能够记录 在这个应用中,我们的目标是证明:这种纳米网格概念可以导致 100s-电极- 大规模、高密度、透明和超软电极阵列,同时允许 (i) 有效地将电记录/刺激与体内光学成像相结合,以及 (ii) 长期稳定性 这一概念的证明将很容易实现稳定、并发的电/光。 在毫米到厘米尺度上对大脑进行研究,具有进一步的可扩展性,同时还提供了独特的 通过可持续的神经修复术进行下一代治疗干预的机会。 相关目标,我们将开发和验证概念验证、基于纳米网微电极、透明、 超软、高密度 (NANOMESH) 阵列,具有至少 256 个高性能纳米网微电极和 通过整合创新技术的跨学科三年计划拒绝无线数据链接的神器 通过基本的神经科学测试,我们将根据体内行业标准对我们的设备开发进行基准测试, 并在项目的设计、测试和验证阶段整合神经工程反馈。 该项目利用了材料科学家、神经工程师、 电气工程师和神经科学家将透明纳米网技术转化为大规模的大脑 绘图工具和植入设备。

项目成果

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