Associate Professor Takeshi Kawano, Department of Electrical and Electronic Information Engineering, Toyohashi University of Technology (TUT) und das research-team der Elektronik-Inspirierten Interdisziplinären Research Institute (EIIRIS) entwickelt haben, eine koaxial-Kabel-inspiriert Nadel-Elektrode mit einem Durchmesser von weniger als 10 µm, mit Kristall-Wachstum von Halbleitermaterial Silizium. Microscale-koaxial-Nadel-Elektrode zwei Elektroden in der Nadel, ermöglichen differential-Aufnahmen gemacht werden, bei sehr engen Abständen, eine Aufgabe, die zuvor nur schwer mit konventionellen Elektroden-Geräte. Darüber hinaus microscale Elektrode verringert Gewebeschäden im Vergleich zu herkömmlichen Elektroden. Diese Vorteile der koaxialen Elektroden ermöglichen eine hohe Qualität Aufzeichnung der neuronalen Signale, die nicht realisiert werden konnte, die mit herkömmlichen Techniken, und es wird erwartet, dass der koaxial-Nadel-Elektrode kann verwendet werden, als eine neue Art der Elektrophysiologie auf dem Gebiet der Neurowissenschaften.
Neuronale Signale können detektiert werden, indem in eine feine Elektrode in das Gehirngewebe. Sie sind eine sehr wichtige Technologie für die elektrophysiologische Aufzeichnung im Hirngewebe, und indem der Vorteil der hohen räumlichen Auflösung ist es möglich, verschaffen Sie sich detaillierte Informationen über die neuronale Aktivität. Zum Beispiel, im brain-machine-interface (BMI) – Technologie—eine Technik, die es ermöglicht, einen Patienten zu bewegen Ihre prothetische arm oder Bein über die Signale aus Ihrem Gehirn—die Technologie verwendet, um das Implantat Elektroden in das Gehirn des Patienten und erfassen die neuronalen Signale mit hoher räumlicher Auflösung sehr wichtig. Es ist auch wichtig, um einen hohen signal-zu-Rausch-Verhältnis bei der Aufzeichnung der Signale. Elektrische Signale von Nervenzellen sind extrem klein, in der Größenordnung von zehn µV (1/100,000 von 1 V), und die Qualität des Signals verschlechtert durch Lärm Vermehrung im Gewebe Platz. Dies bedeutet, dass die Elektroden-Geräte müssen über eine hohe räumliche Auflösung und äußerst resistent gegen Lärm. Darüber hinaus eine elektrodengeometrie von 10 µm oder weniger ist erforderlich, um zu vermeiden, Schäden an den Hirngewebe.
Zur Lösung dieser Herausforderungen in Bezug auf die Elektroden, das research-team verwendet die vapor-liquid-solid (VLS) Wachstum Methode—eine Silizium-Wachstum-Technologie zu entwickeln, die eine nadelförmige Elektrode Gerät, das eng positioniert werden zwei Elektroden in die < 10-µm-Durchmesser, Nadel, etwas, das noch nie zuvor erreicht wurde. Das team verwendet eine Elektrode Gerät fabriziert auf diese Weise, um lokale-differential Aufnahme der neuronalen Aktivität, die mit der zwei Elektroden-Abstand von 6 µm voneinander entfernt. Als ein Ergebnis, das team erreichte hohe Qualität der neuronalen signal-Erfassung mit einem hohen signal-zu-Rausch-Verhältnis für die erste Zeit der Welt.
Shinnosuke Idogawa, ein Ph. D. student an der TUT und der lead-Autor, sagte, „für die Erreichung der vorgeschlagenen lokalen-differential Aufnahme, haben wir vorgeschlagen, eine koaxial-Kabel-inspiriert Mikronadel-Elektrode. Dieses koaxial-Elektrode ermöglicht, drastisch reduzieren der Abstand der Elektroden bis 6 µm im Vergleich zu, beispielsweise etwa 200 µm, Abstand Elektrode in denen herkömmliche Nadel-Elektroden sind nebeneinander angeordnet. Darüber hinaus kann durch die Durchführung von lokalen-differential Aufnahme mit diesen beiden Elektroden, waren wir in der Lage, um den Lärm zu reduzieren, die während der Aufnahme. Darüber hinaus, weil die kleinen Nadel-Elektrode mit einem Durchmesser von weniger als 10 µm, sind wir in der Lage, zu verringern Gewebeschäden im Vergleich zu herkömmlichen Elektroden mit Durchmessern von 50 µm oder mehr. Folglich entwickelten wir eine Elektroden-Vorrichtung, die Aufzeichnung der neuronalen Signale mit hoher Qualität und mit geringer Invasivität.