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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Fabricação de matrizes de microeletrodos semitransparentes através de escrita direta a laser
Title Alternative: Fabrication of semitransparent microelectrode arrays through laser direct writing
Author: Gomes, Vanessa Pereira, 1989-
Advisor: Swart, Jacobus Willibrordus, 1950-
Abstract: Resumo: Este projeto de doutorado visa a produção de uma nova versão de Matrizes de Microeletrodos (MEAs) de alto desempenho, produzidas de forma customizada e empregadas para estudos de redes neurais in vitro. Tais dispositivos são compostos por eletrodos de grafeno (crescido por Deposição em Fase Vapor sobre folha de cobre e transferido ao substrato), e isolação de dióxido de silício, sobre substrato de vidro, geradas sem a utilização de máscaras, através da técnica de escrita direta a laser. Como resultado, duas gerações de MEAs foram fabricadas e caracterizadas, exibindo especificações elétricas e biológicas apropriadas para sua aplicação. Verificou-se que a resposta referente às MEAs discutidas nesta tese apresentou significativas melhorias quando comparada com àquelas presentes em estudos encontrados na literatura, principalmente com relação à carga que nossos microeletrodos são capazes de armazenar e aplicar na cultura celular durante pulsos estimulatórios. O nível de ruído foi inferior à 10 µV em ambos os dispositivos, enquanto a Capacidade de Injeção de Carga, que é calculada a partir da curva de Voltametria Cíclica, foi muito superior tanto quando comparada com MEAs comerciais (0,054 mC/cm²) como com MEAs com microeletrodos padrões de nitreto de titânio (TiN) produzidas durante o projeto de mestrado (0,63 mC/cm²). Para os nossos dispositivos, os valores médios foram de 0,67 ± 0,009 mC/cm² e 19,7 ± 0,025 mC/cm². Adicionalmente, o segundo dispositivo produzido também é significativamente superior também quando confrontado com os dados divulgados na literatura, cujo melhor resultado foi 3,1 mC/cm². Com relação à Espectroscopia de impedância, a resposta verificada para as nossas MEAs de grafeno também foi superior. O valor médio da impedância para a frequência de 1 kHz foi de 28,65 ± 3,98 k'omega' e 73,95 ± 3,84 k'omega', para as versões 1 e 2, respectivamente, que são valores compatíveis com os apresentados por MEAs comerciais padrão da MultiChannel Systems (30-400 k'omega'), além de ser melhor que aquele obtido para MEAs produzidas durante o projeto de mestrado, cujo valor foi 141,60 ± 5,27 k'omega'. Por fim, o teste de biocompatibilidade mostrou que a MEA produzida é adequada para realizar medidas de potenciais celulares, não induzindo efeitos tóxicos sobre as células. Consequentemente, nós conseguiumos fabricar um novo modelo de MEA com microeletrodos transparentes, com grande CIC e baixos níveis de impedância e ruído de grafeno com resposta altamente superior àquela encontrada para as MEAs comerciais e divulgadas na literatura. Com isso, trata-se de um dispositivo adequado para atuar como interface bioeletrônica no estudo de redes neurais tanto para estimulação quanto para medição dos potenciais elétricos (espontâneos ou induzidos) das mesmas

Abstract: This PhD project aims to produce a new version of high performance, custom made Microelectrode Arrays (MEAs), applied for in vitro neural network studies. Such devices are composed of graphene electrodes (grown by Chemical Vapor Deposition on copper foil and transferred to the substrate), and silicon dioxide passivation on glass substrate, generated without the use of masks, through laser direct writing technique. As a result, two generations of MEAs have been manufactured and characterized, exhibiting appropriate electrical and biological specifications for their application. It was found that the response of the MEAs discussed in this thesis improved when compared to those shown in studies in the literature, especially the charge that our microelectrodes are capable of storing and applying to cell culture during stimulatory pulses. Noise level was below 10 µV for both devices, while Charge Injection Capacity, which is calculated from the Cyclic Voltammetry curve, was much higher if compared to commercial MEAs (0.054 mC/cm²) and MEA with standard titanium nitride microelectrodes (TiN) produced during the master¿s project (0.63 mC/cm²). For our devices, the mean values were 0.67 ± 0.009 mC/cm² and 19.7 ± 0.025 mC/cm². Additionally, the second device produced is also significantly better also when compared to data published in the literature, whose best result was 3.1 mC/cm². Regarding impedance spectroscopy, the response verified for our graphene MEAs was also superior. The average impedance value at 1 kHz was 28,65 ± 3,98 k'omega' and 73,95 ± 3,84 k'omega' for the first and second versions, respectively, which are values compatible with those presented standard commercial MEA from MultiChannel Systems (30-400 k?), and are better than those obtained for MEAs produced during the master¿s project, whose value was 141.60 ± 5,27 k'omega'. Finally, biocompatibility test showed that our de-vice is adequate to measure cellular potentials, not inducing toxic effects on cells. Consequently, we were able to produce a new model of MEA with transparent microelectrodes, with high CIC and low impedance and graphene noise levels with highly superior response to that found for commercial MEAs published in the literature. Thus, it is a suitable device to act as a bioelectronic interface in the study of neural networks for both stimulation and measurement of their electrical potentials (spontaneous or induced)
Subject: Microeletrodos
Grafeno
Neurônios
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: GOMES, Vanessa Pereira. Fabricação de matrizes de microeletrodos semitransparentes através de escrita direta a laser. 2019. 1 recurso online (207 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:FEEC - Tese e Dissertação

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