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Fabrico e caracterização de um fotodetetor para a integração numa sonda neuronal flexível

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Main Author: Esteves, Bruno Miguel Carpinteiro
Publication Date: 2021
Format: Master thesis
Language: por
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: https://hdl.handle.net/1822/76439
Summary: Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Eletrónica Médica)
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spelling Fabrico e caracterização de um fotodetetor para a integração numa sonda neuronal flexívelFabrication and characterization of a photodiode for integration in a flexible neural probeFotodíodoSonda neuronalOptogenéticaFilmes finosPhotodiodeNeural probeOptogeneticsThin filmsEngenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e InformáticaDissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Eletrónica Médica)O ser humano distingue-se dos outros seres vivos por uma ímpar capacidade intelectual. O funcionamento do cérebro foi, desde sempre, um dos grandes focos do estudo científico, e o desenvolvimento tecnológico tem vindo a fornecer ferramentas inovadoras para o estudo do mesmo. O desenvolvimento das tecnologias de manipulação de micro-organismos criou as condições necessárias para o aparecimento da optogenética, consistindo na utilização de vetores virais para a alteração das células neuronais, tornando-as sensíveis à luz. Assim, é possível usar sinais óticos para a estimulação ou inibição da atividade neuronal. O objetivo desta dissertação é o desenvolvimento de um fotodetetor para integração numa sonda neuronal flexível. Desta forma, pretende-se desenvolver um processo de fabrico simples, de baixo custo, e compatível com os processos de microfabricação envolvidos no fabrico de uma sonda neuronal. Foram desenvolvidos fotodetetores baseados em filmes finos de óxidos de estanho (SnOx) e de silício amorfo (a-Si), nomeadamente junções p-n e p-i-n. O fotodíodo de junção p-n foi implementado considerando um filme fino de n-SnOx e um filme fino de p-SnOx. O fotodíodo de junção p-i-n foi fabricado considerando um filme fino de n-SnOx, um filme fino de a-Si e um filme fino de p-SnOx. As estruturas fabricadas foram caracterizadas em termos de responsividade e velocidade de resposta. Os fotodíodos de junção p-n e p-i-n revelaram picos de responsividade de 2,01 μA/W e 2,82 μA/W nos 572 nm, respetivamente. Relativamente à velocidade de resposta, o fotodíodo de junção p-n apresentou um tempo de subida (rise time) de 33,3 s e um tempo de descida (fall time) de 25,8 s, e o fotodíodo de junção p-i-n apresentou um tempo de subida (rise time) de 0,203 s e um tempo de descida (fall time) de 0,312 s. Assim, o fotodíodo de junção p-i-n revelou-se mais adequado para uma aplicação optogenética, devido à sua velocidade de resposta superior. Para além dos fotodetetores, foram também fabricadas sondas neuronais baseadas em poliimida fotossensível, providas de microelétrodos de platina, pistas e contactos metálicos. O encapsulamento das sondas foi realizado com a mesma poliimida fotossensível. As sondas foram fabricadas usando dois equipamentos distintos, um mask aligner, utilizado para as primeiras iterações, e um μMLA (table-top maskless aligner), que permitiu a diminuição das dimensões das estruturas fabricadas. A caracterização por EIS (espectroscopia de impedância eletroquímica) de um microelétrodo, de uma sonda fabricada com o mask aligner, revelou uma impedância de 30 kΩ para a frequência de 1kHz.Humans differ from other living organisms due to their unique intellectual level. Brain working mechanisms have always been one of the focus of scientific research, and the recent technological progress has provided essential tools for their study. The development of microorganism manipulation technologies led to the optogenetics concept, which is the use of viral vectors to modify neuronal cells, making them light sensitive. Thus, it is possible to use optical signals for stimulation or inhibition of neuronal activity. The goal of this dissertation is the development of a photodetector for integration on a flexible neural probe. It is intended to develop a simple and low-cost process, easily compatible with the standard microfabrication processes used for a neural probe fabrication. Thin films based photodetectors were developed using tin oxide thin films (SnOx) and an amorphous silicon thin film (a-Si), particularly p-n and p-i-n junctions. The p-n junction photodiode was implemented considering a n-SnOx thin film and a p-SnOx thin film. The p-i-n junction photodiode was fabricated considering a n-SnOx thin film, an a-Si thin film and a p-SnOx thin film. The developed structures were characterized concerning the responsivity and response time. The p-n and p-i-n photodiodes revealed responsivity peaks of 2.01 μA/W and 2.82 μA/W at 572 nm, respectively. Concerning the response time, the p-n photodiode presented a rise time of 33.3 s and a fall time of 25.8 s, and the p-i-n photodiode presented a rise time of 0.203 s and a fall time of 0.312 s. Thus, the p-i-n photodiode showed better compatibility for an optogenetic application, due to its faster response time. In addition, photosensitive polyimide based neural probes were fabricated, equipped with platinum μ-electrodes, tracks and metallic contacts. Neural probe passivation was preformed using the same photosensitive polyimide. The neural probes were fabricated using two different equipment, a mask aligner, used for the first iterations, and a μMLA (table-top maskless aligner) that allowed the reduction of the fabricated structures’ dimensions. The EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) characterization of a μ-electrode from a neural probe fabricated with the mask aligner revealed an impedance of 30 kΩ at a frequency of 1 kHz.A investigação foi suportada pelo projeto OpticalBrain PTDC/CTM-REF/28406/2017, código de operação POCI-01-0145-FEDER-028406. Em setembro de 2019 iniciei uma bolsa de investigação com a referência UMINHO/BI/263/2019 no projeto UID/EEA/04436/2019. Em dezembro de 2020 iniciei uma bolsa de investigação com a referência UMINHO/BIM/2020/74 no projeto PTDC/CTM-REF/28406/2017.Pimenta, Sara Filomena RibeiroUniversidade do MinhoEsteves, Bruno Miguel Carpinteiro20212021-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/76439por202957160info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-08-10T01:21:06Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/76439Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-28T14:52:24.777924Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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