Les transistors au graphène intégrés dans une sonde neuronale flexible permettent de mesurer les signaux électriques des neurones avec une précision et une densité élevées. Encart :La pointe de la sonde contient 16 transistors en graphène flexible. Crédit :ICN2
Mesurer avec précision l'activité cérébrale est essentiel pour mieux comprendre les maladies telles que l'épilepsie et les troubles qui affectent la fonction cérébrale et le contrôle moteur. Des sondes neuronales à haute résolution spatiale sont nécessaires à la fois pour enregistrer et stimuler des zones fonctionnelles spécifiques du cerveau. Maintenant, des chercheurs du Graphene Flagship ont développé un nouveau dispositif pour enregistrer l'activité cérébrale en haute résolution tout en maintenant un excellent rapport signal sur bruit (SNR). Basé sur des transistors à effet de champ en graphène, les dispositifs flexibles ouvrent de nouvelles possibilités pour le développement d'implants fonctionnels et d'interfaces.
La recherche, Publié dans Matériaux 2D , était un effort de collaboration impliquant des partenaires phares de l'Université technique de Munich (TU Munich, Allemagne), Institut d'Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS; Espagne), Conseil national espagnol de la recherche (CSIC ; Espagne), Le Centre de mise en réseau de la recherche biomédicale en bio-ingénierie, Biomatériaux et nanomédecine (CIBER-BBN; Espagne) et l'Institut catalan des nanosciences et nanotechnologies (ICN2; Espagne).
Les appareils ont été utilisés pour enregistrer les grands signaux générés par l'activité pré-épileptique chez les rats, ainsi que les niveaux plus faibles d'activité cérébrale pendant le sommeil et en réponse à la stimulation lumineuse visuelle. Ces types d'activités conduisent à des signaux électriques beaucoup plus petits, et sont au niveau de l'activité cérébrale typique. L'activité neuronale est détectée par les champs électriques hautement localisés générés lorsque les neurones se déclenchent, si densément emballé, les appareils de mesure ultra-petits sont importants pour des lectures précises du cerveau.
Les sondes neuronales sont placées directement à la surface du cerveau, la sécurité est donc d'une importance primordiale pour le développement de dispositifs d'implants neuronaux à base de graphène. Surtout, les chercheurs ont déterminé que les sondes à base de graphène sont non toxiques, et n'a pas induit d'inflammation significative.
Les sondes neuronales à base de graphène ont été utilisées pour détecter les réponses des rats à la stimulation visuelle, ainsi que des signaux neuronaux pendant le sommeil. Les deux types de signaux sont petits, et généralement difficile à mesurer. Crédit :ICN2
Dispositifs implantés dans le cerveau comme prothèse neurale pour les technologies de stimulation cérébrale thérapeutique et interfaces pour les dispositifs sensoriels et moteurs, comme les membres artificiels, sont un objectif important pour améliorer la qualité de vie des patients. Ce travail représente une première étape vers l'utilisation du graphène dans la recherche ainsi que des dispositifs neuronaux cliniques, montrant que les technologies basées sur le graphène peuvent fournir la haute résolution et le SNR élevé nécessaires pour ces applications.
Le premier auteur Benno Blaschke (TU Munich) a déclaré que « le graphène est l'un des rares matériaux qui permet l'enregistrement dans une configuration de transistor et se conforme simultanément à toutes les autres exigences pour les sondes neuronales telles que la flexibilité, biocompatibilité et stabilité chimique. Bien que le graphène soit parfaitement adapté à l'électronique flexible, c'était un grand défi de transférer notre processus de fabrication de substrats rigides à des substrats flexibles. La prochaine étape consiste à optimiser le processus de fabrication à l'échelle des tranches et à améliorer la flexibilité et la stabilité du dispositif."
José Antonio Garrido (ICN2), dirigé la recherche. Il a déclaré :« La conformité mécanique est une exigence importante pour des sondes et des interfaces neuronales sûres. Actuellement, l'accent est mis sur des matériaux ultra-doux qui peuvent s'adapter de manière conforme à la surface du cerveau. Les interfaces neuronales en graphène ont déjà montré un grand potentiel, mais nous devons améliorer le rendement et l'homogénéité de la production de l'appareil afin d'avancer vers une véritable technologie. Une fois que nous avons démontré la preuve de concept dans les études animales, le prochain objectif sera de travailler sur le premier essai clinique humain avec des dispositifs au graphène lors de la cartographie peropératoire du cerveau. Cela signifie aborder toutes les questions réglementaires associées aux dispositifs médicaux tels que la sécurité, biocompatibilité, etc."
