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DEFENDED PHD THESIS

Ultrasensitive bioelectronic transducers for extracellular electrophysiological studies

Sanaz Asgarifar
Supervisors: Henrique Leonel Gomes
University: Universidade do Algarve
Defense date: 1 / 2019
Keywords: Extracellular electrodes, electrolyte-gated transistors, conducting polymers, graphene, non-electrogenic cells. Resumo A atividade elétrica extracelular das células é geralmente medida usando matrizes de micro-elétrodos (MEA) planares. A tecnologia MEA foi otimizada para medir sinais gerados por células excitáveis, como os neurónios. Essas células produzem sinais conhecidos como potenciais de ação. No entanto, todas as células produzem potenciais de membrana. Em contraste com os potenciais de ação, os sinais elétricos gerados por células não excitáveis ou não eletrogénicas, não são “spikes”, mas sinais que variam lentamente e que podem mudar ao longo de períodos de vários minutos com amplitudes de apenas alguns microvolts. Estes sinais desempenham funções importantes nos mecanismos de sinalização que controlam a proliferação, a diferenciação e a migração celular. Medir e entender esses sinais é importante na biologia do desenvolvimento, na medicina regenerativa e no desenvolvimento de novas terapias para combater células cancerosas. O objetivo desta tese é fabricar e caracterizar transdutores para medir in vitro a atividade de células não eletrogénicas. Como esses sinais são da ordem de alguns microvolts, os elétrodos devem ter um limite de detecção na ordem de centenas de nanovolts. Para enfrentar este desafio, foi desenvolvida uma metodologia para analisar a forma como os sinais se acoplam à superfície do sensor. A metodologia baseia-se na descrição da interface de detecção por um circuito eléctrico equivalente. Procedimentos para extração dos parâmetros de circuito e a relação com as propriedades do material e o desenho geométrico foi estabelecida. Este conhecimento foi usado para estabelecer diretrizes para otimização dos transdutores. Em primeiro lugar a metodologia foi usada para interpretar as medidas de sinais usando elétrodos
Abstract: