Sub-millimeter precision wireless neuromodulation using a microwave split ring resonator

使用微波开口环谐振器的亚毫米精度无线神经调节

基本信息

  • 批准号:
    10516429
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-08-01 至 2025-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary Minimally invasive neural modulation at sub-millimeter spatial resolution remains a critical yet unmet biomedical need. Researchers have explored a broad spectrum of electromagnetic wave and developed wireless neuromodulation methods. Due to its long wavelength, transcranial magnetic stimulation does not provide sufficient spatial resolution to target a functional unit such as a single ocular dominance column in the visual cortex or a diseased peripheral nerve. On the other hand, photons, with their short wavelength, offer micrometer-scale spatial precision but can barely penetrate couple hundred micrometers into the tissue, not to mention the human skull. Microwave (MW), with frequencies between 300 MHz and 300 GHz, fills the gap between optical wave and magnetic wave, yet, has rarely been explored for neuromodulation. We propose a minimally invasive neuromodulation device by taking advantage of a microwave split ring resonator (SRR) design. The SRR has a perimeter of approximately one half of MW wavelength, thus acting as a resonant antenna. It couples the microwave wirelessly and concentrates the microwave at the gap, producing a localized electrical field of ~100 μm in space. Our scientific premise is based on the nonthermal neural inhibitory effect of microwave and the resonance effect of the SRR. The SRR produces concentrated microwave and allows for neuromodulation beyond the microwave diffraction limit, reaching ~100 μm spatial precision. In the proposed work, we will design and fabricate an implantable SRR with titanium for its superior biocompatibility. We will then validate the SRR’s potential in neural inhibition using primary neurons in vitro and a mouse epilepsy model in vivo. By accomplishing the proposed studies, we will have developed a biocompatible and implantable neuromodulation device. The centimeter-scale penetration depth provided by microwave and the sub-millimeter spatial precision provided by SRR promises broad biomedical applications. For central nervous system, our technology allows minimally invasive transcranial modulation of neural activities inside brain and for clinical treatment of epilepsy. A multi-disciplinary team with complementary expertise is assembled to implement the proposed activities.
项目概要 亚毫米空间分辨率的微创神经调制仍然是一个关键但尚未得到满足的问题 研究人员探索并开发了广泛的电磁波谱。 无线神经调节方法由于其波长较长,因此不能进行经颅磁刺激。 提供足够的空间分辨率来瞄准功能单元,例如眼睛中的单眼优势柱 另一方面,波长短的光子可以提供视觉皮层或患病的周围神经。 微米级的空间精度,但几乎不能穿透几百微米到组织中,不 频率在 300 MHz 至 300 GHz 之间的微波 (MW) 填补了这一空白。 然而,我们提出了一种介于光波和磁波之间的神经调节方法。 利用微波裂环谐振器 (SRR) 的微创神经调节装置 SRR 的周长约为 MW 波长的一半,因此充当谐振器。 它将微波无线耦合并将微波集中在间隙处,产生一个天线。 空间中约 100 μm 的局域电场我们的科学前提基于非热神经。 微波的抑制作用和SRR的共振作用使SRR产生集中。 微波并允许神经调节超出微波衍射极限,空间达到约 100 μm 在拟议的工作中,我们将设计和制造具有优越精度的钛植入式 SRR。 然后,我们将使用体外原代神经元验证 SRR 在神经抑制方面的潜力。 通过完成所提出的研究,我们将开发出一种小鼠体内癫痫模型。 生物相容性和可植入的神经调节装置提供的厘米级穿透深度。 微波和 SRR 提供的亚毫米空间精度有望实现广泛的生物医学应用。 对于中枢神经系统,我们的技术可以对神经系统进行微创经颅调节 脑内活动和癫痫的临床治疗 一个互补的多学科团队。 汇集专门知识来实施拟议的活动。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Ji-Xin Cheng其他文献

Ji-Xin Cheng的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Ji-Xin Cheng', 18)}}的其他基金

2023 Chemical Imaging Gordon Research Conferences
2023 年化学成像戈登研究会议
  • 批准号:
    10605394
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 24.75万
  • 项目类别:
Sub-millimeter precision wireless neuromodulation using a microwave split ring resonator
使用微波开口环谐振器的亚毫米精度无线神经调节
  • 批准号:
    10669784
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 24.75万
  • 项目类别:
High-content High-speed Chemical Imaging of Metabolic Reprogramming by Integration of Advanced Instrumentation and Data Science
通过先进仪器和数据科学的集成进行代谢重编程的高内涵高速化学成像
  • 批准号:
    10543185
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 24.75万
  • 项目类别:
High-content High-speed Chemical Imaging of Metabolic Reprogramming by Integration of Advanced Instrumentation and Data Science
通过先进仪器和数据科学的集成进行代谢重编程的高内涵高速化学成像
  • 批准号:
    10344774
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 24.75万
  • 项目类别:
Mapping Cancer Metabolism by Mid-infrared Photothermal Microscopy
通过中红外光热显微镜绘制癌症代谢图
  • 批准号:
    10271761
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 24.75万
  • 项目类别:
Mapping Cancer Metabolism by Mid-infrared Photothermal Microscopy
通过中红外光热显微镜绘制癌症代谢图
  • 批准号:
    10491322
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 24.75万
  • 项目类别:
Mapping Cancer Metabolism by Mid-infrared Photothermal Microscopy
通过中红外光热显微镜绘制癌症代谢图
  • 批准号:
    10675665
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 24.75万
  • 项目类别:
Vibrational Spectroscopic Imaging to Unveil Hidden Signatures in Living Systems
振动光谱成像揭示生命系统中隐藏的特征
  • 批准号:
    10660979
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 24.75万
  • 项目类别:
Vibrational Spectroscopic Imaging to Unveil Hidden Signatures in Living Systems
振动光谱成像揭示生命系统中隐藏的特征
  • 批准号:
    10206200
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 24.75万
  • 项目类别:
Vibrational Spectroscopic Imaging to Unveil Hidden Signatures in Living Systems
振动光谱成像揭示生命系统中隐藏的特征
  • 批准号:
    10439640
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 24.75万
  • 项目类别:

相似国自然基金

本体驱动的地址数据空间语义建模与地址匹配方法
  • 批准号:
    41901325
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
时空序列驱动的神经形态视觉目标识别算法研究
  • 批准号:
    61906126
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
针对内存攻击对象的内存安全防御技术研究
  • 批准号:
    61802432
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
大容量固态硬盘地址映射表优化设计与访存优化研究
  • 批准号:
    61802133
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
IP地址驱动的多径路由及流量传输控制研究
  • 批准号:
    61872252
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    64.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Advancing visible light optical coherence tomography in glaucoma detection
推进可见光光学相干断层扫描在青光眼检测中的应用
  • 批准号:
    10567788
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 24.75万
  • 项目类别:
Retinal Circuitry Response to Nerve Injury
视网膜回路对神经损伤的反应
  • 批准号:
    10751621
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 24.75万
  • 项目类别:
The Effects of Aging and Microglia Dysfunction on Remyelination
衰老和小胶质细胞功能障碍对髓鞘再生的影响
  • 批准号:
    10603320
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 24.75万
  • 项目类别:
Suprachiasmatic nucleus to kisspeptin circuit in the circadian control of reproduction
视交叉上核至 Kisspeptin 回路在生殖昼夜节律控制中的作用
  • 批准号:
    10660156
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 24.75万
  • 项目类别:
K+ channel structural dynamics landscape: from selectivity to gating
K 通道结构动力学景观:从选择性到门控
  • 批准号:
    10663554
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 24.75万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了