Tesis doctoral de Ling Wang
En el presente trabajo, utilizamos técnicas de microfabricación, simulaciones numéricas, experimentos de electrofisiología para explorar la viabilidad en mejorar la interface ordenador-neurona a través de microcanales, y la biofísica para la generación de señales en los dispositivos con microcanales. También demostramos que los microcanales pueden ser usados como una técnica prometedora con alto rendimiento en el muestreo automático de canales iónicos a nivel subcelular. Finalmente, se ha diseñado, fabricado y probado el micropozo-microcanal como modificación adicional a los arreglos de multielectrodos, permitiendo una alta ganancia en la relación señal/ ruido (en inglés signal to noise ratio snr), y el registro de múltiples-lugares en poblaciones de baja densidad de redes neuronales del hipocampo in vitro. primero, demostramos que son de alto rendimiento los microcanales de bajo costo con interface neurona-electrodo, para el registro extracelular de la actividad neuronal con baja complexidad, por periodos estables de larga duración y con alta ganancia snr. en seguida, se realiza un estudio mediante experimentos y simulaciones numéricas de la biofísica para la generación de las señales obtenidas de los dispositivos con microcanales. Basados en los resultados, racionalizamos y demostramos como es que la longitud del canal (siendo _ 200 µm) y la sección transversal del microcanal (siendo _ 12 µm2) canaliza a los potenciales de acción para estar dentro del rango de milivolts. A pesar del bajo grado de complexidad envuelto en la fabricación y aplicación, los dispositivos con microcanales otorgan una sola media de valor snr de 101_76, lo cual es favorablemente comparable con la snr que se obtiene de desarrollos recientes que emplean electrodos curados con cnt y si-nwfets. más aún, nosotros demostramos que el microcanal es una técnica prometedora para el alto rendimiento del muestro automático de canales iónicos a nivel subcelular: (1) información experimental y simulaciones numéricas sugieren que las señales registradas sólo afectan los parches membranales localizados dentro del microcanal o alrededor de _100 µm de las entradas del microcanal. (2) la transferencia de masa de los componentes químicos en los microcanales fue analizada por experimentos y simulaciones fem. Los resultados muestran que los microcanales que contienen glía y tejido neuronal pueden funcionar como barrera de fluido/química. Los componentes químicos pueden ser solamente aplicados a diferentes compartimentos a nivel subcelular. finalmente, basado en simulaciones numéricas y resultados experimentales, se propone que del micropozo-microcanal, obtenido de la modificación de mea (mwmc-mea), la longitud óptima del canal debe ser 0,3 mm y la posición óptima del electrodo intracanal, hacia la entrada más cercana del microcanal, debe ser 0,1 mm. Nosotros fabricamos un prototipo de mwmc-mea, cuyo hoyo pasante sobre las películas de polydimethylsiloxane (pdms) fue microtrabajado a través de la técnica de grabados reactivos de plasma de iones. La baja densidad del cultivo (57 neuronas /mm2) en el mwmc-meas permitió que las neuronas vivieran al menos 14 días, con lo que la señal neuronal con la máxima snr obtenida fue de 142.
Datos académicos de la tesis doctoral «Microchannel enhanced neuron-computer interface: design, fabrication, biophysics of signal generation, signal strength optimization, and its applications to ion-channel screening and basic neuroscience research«
- Título de la tesis: Microchannel enhanced neuron-computer interface: design, fabrication, biophysics of signal generation, signal strength optimization, and its applications to ion-channel screening and basic neuroscience research
- Autor: Ling Wang
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 15/12/2011
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Enric Claverol Tinture
- Tribunal
- Presidente del tribunal: ramon Bragos bardia
- soledad Alcantara horrillo (vocal)
- (vocal)
- (vocal)