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)是神经病学中重要的临床诊断和研究工具, 神经康复、认知和行为神经科学。然而,在脑电图一百多年的发展过程中 研究中,基本的脑电图技术仍然很原始,并且是改变游戏规则的技术 创新很少而且相距甚远。大多数当前的脑电图系统依赖于凝胶银/银- 用导电凝胶或糊剂将氯化物或金属电极固定在头皮上。这些设备受到影响 电极的大尺寸、成本、腐蚀风险、准备和清洁。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,但也可以 刺激皮肤并随着时间的推移而干燥。干(即无凝胶)脑电图系统可以绕过一些 这些湿式脑电图设备的问题,但在受试者舒适度和信号方面仍然受到严重限制 质量。最后,用于多模态脑图绘制的 MRI 兼容脑电图系统通常非常适合 专业且昂贵。在这里,我们建议验证一个基于以下内容的完全新颖的干式脑电图系统: MXene 材料。 MXenes 具有高生物相容性、稳定性、导电性、灵活性和低 电化学阻抗。此外,它们可以低成本加工,易于集成到 具有各种几何形状和形状的功能性神经设备,记录脑电活动 高保真度,无需凝胶或糊剂,并且与磁场的相互作用微弱。这些 MXene 的特性使 MXene 成为下一代脑电图技术的理想材料。 在本提案中,我们将基于有希望的试点数据来扩大和优化制造和 MXene EEG 电极的设计。具体来说,我们的目标是超越我们的电极中使用的电极 进行试点研究,同时保持快速、经济高效且可靠的制造。然后,我们将验证 性能最佳的 MXene 电极在成熟的行为任务中的性能 与易于识别的脑电图光谱特征相关。最后,我们将检查 MRI 定制多通道 MXene EEG 系统的兼容性,可同时进行 EEG/MRI 映射 使用信号质量的定量和临床评级,这是推动其广泛应用的重要一步 在大脑研究和临床环境中的采用。通过完成这个项目,我们期望将 通过产生一种新颖的干式脑电图技术,具有卓越的分辨率、信号保真度和 与当前工具相比的可用性。这些优势可以为基本面铺平道路 临床神经病学、康复和认知等多个领域的创新 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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