High density, multifunctional neural probes for massively parallel read-out and control

This thesis work was carried out at the Nanofabrication facility of the Molecular Foundry division of the Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL); it focuses on the design and characterization of optical focusing gratings and on the optimization of the fabrication process with the final goal to develop new optoelectronic multifunctional neural probes aimed at locally parallel read-out and control neural signals in the brain of a rat in vivo. The results obtained during this thesis project show the possibility to fabricate micro-devices with reduced sizes able to perform non invasive in-vivo tests and optical focusing gratings with a focal spot located about 14 um inside the tissue. The development and the optimization of such devices will give the possibility to gain new information about the communication among the neurons when they are optically stimulated and, then, on the behaviour of different regions of the brain.

Questo lavoro di tesi svolto presso la Nanofabrication facility della Molecular Foundry division del Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) tratta il design e la caratterizzazione di reticoli per il focheggiamento ottico e l’ottimizzazione del processo di fabbricazione con lo scopo di ottenere sonde neurali multifunzionali optoelettroniche per monitorare e stimolare localmente il sistema nervoso del cervello di un ratto ancora vivo. I risultati ottenuti al termine di questo progetto mostrano la possibilità di ottenere micro-dispositivi di ridotte dimensioni capaci di svolgere analisi non invasive e in-vivo del cervello di un ratto. Inoltre, sono stati progettati e simulati reticoli in grado di focalizzare la luce ad una distanza di 14 um all’interno dei tessuti. La progettazione e l’ottimizzazione di questo tipo di dispositivi consentirà di ottenere maggiori informazioni sulla comunicazione tra i neuroni a livello locale e, di conseguenza, sul comportamento di determinate regioni del cervello stesso.