Development and characterization of the coating for stimulating penetrating microelectrodes

Nel 2020, l'organizzazione mondiale della sanità ha stimato che 43,3 milioni di persone nel mondo sono cieche; le principali cause di cecità sono la Retinite Pigmentosa, la degenerazione maculare legata all'età, le infezioni e i traumi. Attualmente, le protesi visive sono in grado di ricreare artificialmente il senso della vista stimolando il percorso neurale a valle del sito della lesione. Ad oggi, le protesi retiniche sono le più utilizzate; tuttavia, quelle corticali permettono di trattare un maggior numero di cause di cecità. Inoltre, la corteccia presenta un'ampia area accessibile, il che consente il posizionamento di più elettrodi e, di conseguenza, l’aumento del numero di siti di stimolazione. Tuttavia, la realizzazione di questo sistema è oggi vincolata all’impiego di una connessione a fili che limita a cento il numero massimo di elettrodi posizionabili, il che porta ad una riduzione della risoluzione spaziale della stimolazione. Una soluzione a tale problema può essere trovata nel concetto di “Smart Neural Dust”, una protesi corticale sviluppata utilizzando un array indipendente di migliaia di μelettrodi CMOS indirizzabili individualmente per la stimolazione wireless della corteccia visiva. L'obiettivo principale di questa tesi di Laurea Magistrale è sviluppare, caratterizzare e ottimizzare un materiale di rivestimento per i μelettrodi commerciali a punta in Pt/Ir utilizzati nel sistema Smart Neural Dust. Lo scopo è quello di ridurre il modulo dell’impedenza dei μelettrodi e aumentare la loro capacità di iniezione di carica, rendendoli così in grado di fornire ±50 μA per stimolare efficientemente la corteccia visiva. I rivestimenti in PEDOT: PSS, IrOx e PtBlack sono stati confrontati tra loro mediante voltammetria ciclica, spettroscopia di impedenza e voltage transient. Nonostante il PEDOT:PSS fornisca la più alta capacità di iniezione di carica, il PtBlack è stato scelto per il suo processo di elettrodeposizione ad alta riproducibilità. Le prestazioni elettrochimiche dei μelettrodi rivestiti con PtBlack sono state studiate per diverse aree di superficie geometrica (GSA) e il compromesso ottimale è stato trovato in μelettrodi con una punta conduttiva di circa 75 μm, che genera un'area esposta complessiva di circa 1800 μm2. Infine, sono stati eseguiti test di stimolazione a lungo termine per valutare la stabilità dei μelettrodi dopo milioni di impulsi. La robustezza degli elettrodi è stata dunque dimostrata mediante la misurazione del voltage transient e la caratterizzazione morfologica. I test effettuati ci hanno portato a concludere che, nonostante sia necessario ulteriore lavoro per ottimizzare il rivestimento, PtBlack offre una buona soluzione di rivestimento per l’esecuzione di test in vivo per validare i protocolli di stimolazione.