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Neuronale Sonden

Intrakortikale Sondenarrays – Mikroelektroden – 3D-Arrays – Aktionspotenziale – Elektronische Tiefenkontrolle – Elektrische Stimulation – CMOS-Kompatibilität

Kompetenz

Für ein grundlegendes Verständnis neuronaler Funktionen des Gehirns ist es unumgänglich, neuronale Signale von dessen Grundbausteinen – den Neuronen – direkt abzuleiten. Hierzu sind miniaturisierte und vorzugsweise hochdichte Elektrodenarrays erforderlich, die es ermöglichen, die Signale der einzelnen Neuronen und deren Verknüpfung innerhalb eines 3D Volumens zu analysieren und gegebenenfalls elektrisch, chemisch oder optisch zu stimulieren. Für diese neuronale Grundlagenforschung entwickeln wir multifunktionale, implantierbare Mikroelektrodenarrays auf Basis von Silizium. Hierbei nutzen und modifizieren wir Prozesstechnologien des IMTEK-Reinraums und kombinieren diese mit kommerziell zugänglichen Prozessen der IC-Industrie, z.B. das Schleifen von Silizium, um dünnste Sondenquerschnitte zu erzielen. Unsere Fertigungsprozesse sind so ausgelegt, dass wir CMOS-Schaltungen direkt auf den Sonden integrieren können, um die Dichte der Elektroden deutlich gegenüber dem Stand der Technik zu erhöhen. Neben der technologischen Entwicklung neuer Sondenarrays und –funktionalitäten, z.B. chemische Intervention mittels mikrofluidischer Medikamentenabgabe und optogenetische Stimulation von Neuronen, steht die Aufbau- und Verbindungstechnologie, die Entwicklung von Werkzeugen zur Sondenimplantation, die Langzeitstabilität der Sonden und deren Integration in drahtlose Ableitsysteme im Vordergrund.

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Anwendungsfelder

  • Neurowissenschaftliche Grundlagenforschung

Team

  • Dr. Patrick Ruther, Projektleiter

  • Dipl.-Ing. Frederick Pothof, Doktorand

  • M.Sc. Suleman Ayub, wissenschaftlicher Mitarbeiter

  • M.Sc. Falk Barz, wissenschaftlicher Mitarbeiter

  • Dipl.-Ing. Tobias Holzhammer, wissenschaftlicher Mitarbeiter

  • M.Sc. Michael Schwärzle, Doktorand  

Projekte

Aktuell

BrainLinks-BrainTools Projekte:

Abgeschlossen

  • EU-Projekt NeuroProbes

  • Doppelseitige Sonden (Yu- Tao Lee)

  • Polyimid-Sonden mit Silizium-Schaft (Yu-Tao Lee)

  • Membran-Transfer (Dominik Moser)

Ausgewählte Publikationen

  • K. Seidl, M. Schwaerzle, I. Ulbert, H. P. Neves, O. Paul, P. Ruther
    CMOS-Based High-Densitiy Silicon Microprobe Arrays for Electronic Depth Control in Intracortical Neural Recording
    2011 J Microelectromech S, Band: 20, Seiten 1439 -1448

  • S. Herwik, O. Paul, P. Ruther
    Ultrathin Silicon Chips of Arbitrary Shape by Etching Before Grinding
    2011 J Microelectromech S, Band: 20, Nummer: 4, Seiten: 791 - 793

  • S. Herwik, S. Kisban, A.A.A. Aarts, K. Seidl, G. Girardeau, K. Benchenane, M.B. Zugaro, S.I. Wiener, O. Paul, H.P. Neves, P. Ruther
    Fabrication technology for silicon-based microprobe arrays used in acute and sub-chronic neural recording
    2009 J Micromech Microeng, Band: 19, Seite: 074008

  • P. Ruther, S. Herwik, S. Kisban, K. Seidl, O. Paul
    Recent Progress in Neural Probes Using Silicon MEMS Technology
    2010 IEEJ Transaction on Electrical and Electronic Engineering, Band: 5, Seiten: 505 - 515

  • S. Spieth, O. Brett, K. Seidl, A.A.A. Aarts, M.A. Erismis, S. Herwik, F. Trenkle, S. Tätzner, J. Auber, M. Daub, H.P. Neves, R. Puers, O. Paul, P. Ruther, R. Zengerle
    A floating 3D silicon microprobe array for neural drug delivery compatible with electrical recording
    2011 J Micromech Microeng, Band: 21, Seiten: 125001 - 125017

  • K. Seidl, S. Spieth, S. Herwik, J. Steigert, R. Zengerle, O. Paul. P. Ruther
    In-Plane silicon probes for simultaneous neural recording and drug delivery
    2010 J. Micromech Microeng 2010, no. 105006, Seiten: 1 - 11

  • O. Frey, P.D. van der Wal, S. Spieth, O. Brett, K. Seidl, O. Paul, P. Ruther, R. Zengerle, N.F. de Rooij
    Biosensor microprobes with integrated microfluidic channels for bi-directional neurochemical interaction
    2011 J Neural Eng, Band: 8, Seiten: 66001 - 66010

Ausrüstung

  • Neuro Inserter

  • Impedanzspektrometer

Partner

Die elektrischen Sondenarrays werden derzeit mit verschiedensten Partnern aus Hochschulen und Forschungseinrichtungen weiterentwickelt und den Anforderungen der Nutzer für deren unterschiedliche Tiermodelle angepasst. Wir kooperieren unter anderem national mit

  • Charité, Berlin (Dr. C. Gertler)

  • Universität Tübingen (Dr. P. Cesare, Dr. D. Brugger)

  • Ernst-Strüngmann-Institut (Dr. I. Diester)

  • Universität Freiburg (Prof. U. Egert, Prof. Schulze-Bonhage, Prof. C. Weiller)

und international mit

  • Universität Parma, Italien (Prof. G. Rizzolatti, Prof. L. Fogassi, Prof. L. Bonini, Prof. S. Rozzi)
  • Universität Cambridge, England (Prof. J. Dalley, Dr. T. Holtzman)
  • Universität Lund, Schweden (Dr. H. Jörntell)
  • Baylor College of Medicine, Houston, USA (Prof. A. Tolias)

 

Unsere Standardsonden - passive wie auch die aktiven, CMOS-basierten Sonden für die elektrische Tiefenkontrolle (electronic depth control (EDC)) - werden durch Atlas Neuroengineering - eine gemeinsame Ausgründung des IMTEK und des IMEC - kommerzialisiert.

Kontakt

Dr. Patrick Ruther

Email: ruther@imtek.de

Tel.: +49 (0) 761 203-7197

Fax: +49 (0) 761 203-7192
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