Publication
Transducers for extracellular signal measurements
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Gomes, Henrique L. | |
| dc.contributor.author | Gonçalves, Lino José Coelho | |
| dc.date.accessioned | 2018-04-05T14:31:50Z | |
| dc.date.available | 2018-04-05T14:31:50Z | |
| dc.date.issued | 2017-12-06 | |
| dc.date.submitted | 2017 | |
| dc.description | Dissertação de mestrado, Engenharia Eletrónica e Telecomunicações, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2017 | |
| dc.description.abstract | The objective of this thesis is to develop and optimize bioelectronic sensing devices for extracellular signal measurements in vitro. Ultra-sensitive electrodes were fabricated and electrically characterized. A signal detection limit defined by a noise level of 0.3-0.4 μV for a bandwidth of 0.1 - 12.5 Hz was achieved. To obtain this high sensitivity, large area (4 mm2) electrodes were used. The electrode surface is also micro-structured with an array of gold and polymer mushroom-like shapes to further enhance the active area. In comparison with a flat gold surface the micro-structured polymer surface increases the capacitance of the electrode/electrolyte interface by six times. The role of the electrode impedance on the signal quality is discussed in detail. The impedance is modeled by an electrical equivalent circuit and a methodology is presented to extract individual circuit parameters. The electrode low impedance and low noise enable the detection of weak and low frequency quasi-periodic signals produced by astrocytes populations that thus far had remained inaccessible using conventional extracellular electrodes. Signals with 5 μV in amplitude and lasting for 5-10 s were measured with a peak-to-peak signal-to-noise ratio of 10. The microstructured electrodes were also used to stimulate electrical activity in glioma cell cultures and astrocytes populations using a train of voltages pulses. The electrodes and the methodology developed here can be used as an ultrasensitive electrophysiological tool to reveal the synchronization dynamics of ultra-slow ionic signaling between non-electrogenic cells. | pt_PT |
| dc.description.abstract | Esta tese tem o objetivo de desenvolver e otimizar componentes eletrónicos para a deteção de sinais extracelulares in vitro. Elétrodos ultrassensíveis foram fabricados e caracterizados eletricamente. O nível de deteção mínimo alcançado foi definido pelo ruído térmico fundamental gerado pelo sensor. Este ruído é de aproximadamente 0,3-0,4 μV para uma largura de banda de 0,1 - 12,5 Hz. Para obter este nível de deteção utilizaram-se elétrodos de grande área (4 mm2). A superfície do elétrodo também é microestruturada com uma série de formas semelhantes a cogumelos para baixar a impedância do elétrodo. Em comparação com uma superfície plana de ouro, a superfície microestrutura da aumenta em seis vezes a capacidade da interface elétrodo/solução eletrolítica O papel da impedância do elétrodo na qualidade do sinal é discutido em detalhe na tese. A impedância é modelada por um circuito elétrico equivalente. É também apresentada uma metodologia para extrair os parâmetros individuais que caracterizam o sensor. O elétrodo de baixa impedância e baixo nível de ruído possibilita a deteção de sinais fracos e de baixa frequência produzidos por populações de astrócitos. Até agora estes sinais permaneceram inacessíveis usando técnicas de medida mais convencionais. Sinais com 5 μV em amplitude e com duração de 5-10 s foram medidos com uma relação sinal/ruído de pico-apico de 10. Os elétrodos microestruturados também foram utilizados para estimular a atividade elétrica em culturas de células glioma e populações de astrócitos. Esta tese propõe que os elétrodos e a metodologia aqui desenvolvida podem ser usados como uma ferramenta eletrofisiológica ultrassensível para revelar a dinâmica de sincronização da sinalização iónica ultra-lenta (na escala de vários segundos e minutos) entre células não eletrogéneas. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 201849500 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.1/10550 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | pt_PT |
| dc.subject | Sinal extracelular | pt_PT |
| dc.title | Transducers for extracellular signal measurements | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.grantor | Universidade do Algarve. Faculdade de Ciências e Tecnologia | |
| thesis.degree.name | Engenharia Eletrónica e Telecomunicações | pt_PT |