Validating MXene Electrodes for Next-Generation Electroencephalography

验证下一代脑电图的 MXene 电极

基本信息

  • 批准号:
    10640850
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 41.68万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-06-01 至 2026-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT ABSTRACT Electroencephalography (EEG) is an essential clinical diagnostic and research tool in neurology, neurorehabilitation, cognitive, and behavioral neuroscience. However, in more than 100 years of EEG research, the fundamental EEG technology has remained primitive and game-changing technological innovations have been few and far between. Most current EEG systems rely on gelled silver/silver- chloride or metal electrodes affixed on the scalp with conductive gels or pastes. These devices suffer from the large size of the electrodes, cost, risk of corrosion, preparation, and cleaning. In addition, gels and pastes are necessary to achieve adequate impedance and signal quality, but can be irritating to the skin and dry out over time. Dry (i.e., gel-free) EEG systems can bypass some of the issues of these wet EEG devices, but are still critically limited in terms of subject comfort and signal quality. Finally, MRI-compatible EEG systems for multimodal brain mapping are often highly specialized and expensive. Here, we propose to validate a fully novel, dry EEG system based on MXene materials. MXenes offer high biocompatibility, stability, conductivity, flexibility and low electrochemical impedance. In addition, they can be processed at a low cost, easily integrated into functional neural devices with a variety of geometries and shapes, record brain electrical activity with high fidelity without the need for gels or pastes, and interact weakly with magnetic fields. These properties make MXene ideal to serve as enabling material for the next-generation EEG technologies. In this proposal, we will build on promising pilot data to scale-up and optimize the fabrication and design of MXene EEG electrodes. Specifically, we will aim to outperform the electrodes used in our pilot studies while maintaining fast, cost-effective, and reliable fabrication. Then, we will validate the performance of the best performing MXene electrodes on well-established behavioral tasks associated with readily identifiable EEG spectral characteristics. Finally, we will examine the MRI compatibility of a customized multichannel MXene EEG system for simultaneous EEG/MRI mapping using quantitative and clinician ratings of signal quality, an essential step to propel its widespread adoption in brain research and clinical contexts. By completing this project, we expect to move the field forward by generating a novel dry EEG technology with superior resolution, signal fidelity, and usability compared to current tools. These advantages could pave the way for fundamental innovations in a number of domains including clinical neurology, rehabilitation, and cognitive neuroscience.
项目摘要 脑电图(EEG)是神经病学的基本临床诊断和研究工具, 神经康复,认知和行为神经科学。但是,在100多年的脑电图中 研究,基本的脑电图技术一直保持原始和改变游戏规则的技术 创新很少,而且相距甚远。当前的大多数脑电图系统都依赖于胶凝银/银 - 用导电凝胶或糊剂固定在头皮上的氯化物或金属电极。这些设备受苦 从大尺寸的电极,成本,腐蚀风险,制备和清洁。此外, 凝胶和糊剂对于实现足够的阻抗和信号质量是必要的,但可以是 刺激皮肤并随着时间的流逝而干燥。干燥(即无凝胶)脑电图系统可以绕过一些 这些湿的脑电图设备的问题,但在主题舒适性和信号方面仍然受到严重限制 质量。最后,与MRI兼容的脑电图系统用于多模式大脑映射通常很高 专业且昂贵。在这里,我们建议基于 Mxene材料。 MXENES具有较高的生物相容性,稳定性,电导率,灵活性和低 电化学阻抗。此外,它们可以以低成本处理,很容易集成到 具有多种几何形状和形状的功能性神经设备,记录大脑电活动 高保真无需凝胶或糊状,并与磁场弱相互作用。这些 属性使MXENE成为下一代脑电图技术的启用材料的理想选择。 在此提案中,我们将以有希望的飞行员数据为基础,以扩展和优化制造和优化 MXENE EEG电极的设计。具体来说,我们将旨在超越我们的电极 试点研究,同时保持快速,成本效益和可靠的制造。然后,我们将验证 在完善的行为任务上的表现最佳的MXENE电极 与易于识别的EEG光谱特征相关。最后,我们将检查MRI 定制多通道MXENE EEG系统的兼容性,用于同时进行脑电图/MRI映射 使用信号质量的定量和临床医生评级,这是推动其广泛的重要步骤 在大脑研究和临床环境中采用。通过完成该项目,我们希望将 通过产生具有出色分辨率,信号保真度和 与当前工具相比,可用性。这些优势可以为基本的道路铺平道路 许多领域的创新,包括临床神经病学,康复和认知 神经科学。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Latest advances on MXenes in biomedical research and health care.
  • DOI:
    10.1557/s43577-023-00480-0
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Garg, Raghav;Vitale, Flavia
  • 通讯作者:
    Vitale, Flavia
Photothermal Excitation of Neurons Using MXene: Cellular Stress and Phototoxicity Evaluation.
使用 MXene 对神经元进行光热激发:细胞应激和光毒性评估。
  • DOI:
    10.1002/adhm.202302330
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10
  • 作者:
    Wang,Yingqiao;Hartung,JaneE;Goad,Adam;Preisegger,MatíasA;Chacon,Benjamin;Gold,MichaelS;Gogotsi,Yury;Cohen-Karni,Tzahi
  • 通讯作者:
    Cohen-Karni,Tzahi
EEG Phase Can Be Predicted with Similar Accuracy across Cognitive States after Accounting for Power and Signal-to-Noise Ratio.
考虑功率和信噪比后,可以在不同认知状态下以相似的精度预测脑电图相位。
  • DOI:
    10.1523/eneuro.0050-23.2023
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Kim,Brian;Erickson,BrianA;Fernandez-Nunez,Guadalupe;Rich,Ryan;Mentzelopoulos,Georgios;Vitale,Flavia;Medaglia,JohnD
  • 通讯作者:
    Medaglia,JohnD
Emerging approaches for sensing and modulating neural activity enabled by nanocarbons and carbides.
  • DOI:
    10.1016/j.copbio.2021.10.007
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Driscoll N;Dong R;Vitale F
  • 通讯作者:
    Vitale F
MXene-infused bioelectronic interfaces for multiscale electrophysiology and stimulation.
  • DOI:
    10.1126/scitranslmed.abf8629
  • 发表时间:
    2021-09-22
  • 期刊:
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Driscoll N;Erickson B;Murphy BB;Richardson AG;Robbins G;Apollo NV;Mentzelopoulos G;Mathis T;Hantanasirisakul K;Bagga P;Gullbrand SE;Sergison M;Reddy R;Wolf JA;Chen HI;Lucas TH;Dillingham TR;Davis KA;Gogotsi Y;Medaglia JD;Vitale F
  • 通讯作者:
    Vitale F
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