Implantes de grafeno para registrar la actividad cerebral

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Una matriz flexible de transistores de grafeno es ideal para registrar la actividad neuronal en el neocórtex. La idea ha sido puesta en práctica con éxito en ratas por un grupo coordinado por el español José Antonio Garrido, del ICN2, CSIC/Universidad Autónoma de Barcelona. Una alta resolución espacial y una excelente relación señal/ruido prometen múltiples aplicaciones. Desde dispositivos neuroprotésicos, para la compensación funcional y la rehabilitación motora, hasta interfaces para la comunicación cerebro-máquina.

Se ha usado una matriz de 16 transistores SGFET (Solution-Gated Field-Effect Transistor) en los que se reemplaza la puerta metálica de un transistor MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) por un electrolito que se pone en contacto directo con las neuronas para registrar los potenciales de acción. El área activa de cada transistor es de 20 × 15 = 300 μm². La matriz de SGFET se ha implantado en la corteza visual del cerebro de ratas anestesiadas mediante una creanotomía. La biocompatibilidad de los implantes de grafeno se ha estudiado mediante inmunohistología.

El artículo es Benno M. Blaschke, Núria Tort-Colet, …, Jose A. Garrido, “Mapping brain activity with flexible graphene micro-transistors,” arXiv:1611.05693 [physics.bio-ph]. Los SGFET fueron introducidos en P. Fromherz, A. Offenhausser, …, J. Weis, “A neuron-silicon junction: a Retzius cell of the leech on an insulated-gate field-effect transistor,” Science 252: 1290-1293 (31 May 1991), doi: 10.1126/science.1925540; los SGFET de grafeno en Priscilla Kailian Ang, Wei Chen, …, Kian Ping Loh, “Solution-Gated Epitaxial Graphene as pH Sensor,” JACS 130: 14392–14393 (14 Oct 2008), doi: 10.1021/ja805090z; y su uso para registrar potenciales de acción en Lucas H. Hess, Michael Jansen, …, Jose A. Garrido, “Graphene Transistor Arrays for Recording Action Potentials from Electrogenic Cells,” Advanced Materials 23: 5045–5049 (14 Nov 2011), doi: 10.1002/adma.201102990.

[PS] Recomiendo la charla de José Antonio Garrido “Graphene flexible electronics for funtional neural interfaces,” Fundación Ramón Areces (2016) [video 30 min], y también “Graphene: Roadmap of 2D Research and Commercialization” Fundación Ramón Areces (2016) [video 10 min].

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Se han comparado transistores SGFET de grafeno con un área activa de300 μm² (rojo en la figura), con matrices de microelectrodos (MEA) de platino (Pt) con áreas activas de 78 μm² (negro) y 1962 μm² (azul). La relación señal/ruido para la matriz de 16 SGFET de grafeno alcanza un máximo de 72 (en promedio 62 ± 5,8), mientras que para el MEA con 8 electrodos de Pt pequeños es de 34 (en promedio 26 ± 5,5) y con 13 electrodos de Pt grandes es de 75 (en promedio 53 ± 11). Por tanto, los SGFET logran un rendimiento tan bueno como los Pt MEA grandes, aunque con un tamaño mucho más pequeño.

En resumen, se ha verificado con experimentos in vivo la buena respuesta de las matrices de SGFET en comparación con las MEA de Pt. El futuro de esta tecnología es sin lugar a dudas prometedor.


2 Comentarios

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ManuelbsManuelbs

¿Ya existen transistores de grafeno?
Este material generó mucha expectación y mucha información, pero parece que ahora ya no hay tanta información.

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