Seminário

Glassy Carbon Microelectrodes for High Charge Injection, High Stability and Low Noise Neural Interfaces

Sala de Seminários do IBEB, FCUL, Lisboa

Sam Kassegne, PhD, PE
Professor of Mechanical Engineering
MEMS Research Lab, Department of Mechanical Engineering
San Diego State University

For neural applications, materials that are capable of interfacing with the brain and spinal cord without harming them while recording high-fidelity signals over long-term are still sought after. In this talk, we report on a new electrode material fabricated from lithographically patterned glassy carbon (GC) that promises to achieve this by combining superior electrochemical properties for neural recordings and better long-term stability under electrical stimulation than current thin-film metal microelectrodes.

We demonstrate that lithographically patterned glassy carbon microelectrodes can withstand at least 5 million pulses at 0.45mC/cm2 charge density with <7.5% impedance change, have >70% wider electrochemical window and 70% higher CTC (charge transfer capacity) than platinum (Pt) microelectrodes of similar geometry, which delaminated after 1 million pulses. For direct comparisons, ultra-flexible, micro-electrocorticography (μ-ECoG) arrays with GC electrodes were manufactured using recently introduced pattern transfer techniques, while thin-film platinum arrays were fabricated using conventional microfabrication methods. Additionally, poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate) (PEDOT-PSS) was selectively electrodeposited on both sets of devices to specifically reduce their impedances for smaller diameters (<60μm). We observed that PEDOT-PSS adhered significantly better to GC than Pt, presumably due to stronger interaction between GC and carbonaceous PSS-PEDOT chains, and allowed drastic reduction of electrode size while maintaining same amount of delivered current.

Further, acute in-vivo characterization was performed in rats and it is shown that GC microelectrode arrays recorded somatosensory evoked potentials (SEP) with an almost twice SNR (signal-to-noise ratio) when compared to the Pt ones. Supported by characterizations and computational modeling results, the talk will demonstrate (i) the reason behind long-term corrosion problems in thin-film metal microelectrodes and the promise of homogenous electrode material such as GC and (ii) the microenvironment and response of tissues to long-term electrical stimulations. In this talk, we will also introduce some of the key research activities being carried out at CSNE (Center for Sensorimotor and Neural Engineering), NSF-funded Engineering Research Center with University of Washington, MIT, and San Diego State University (SDSU) as leading institutions.


Dr. Sam Kassegne holds a Ph.D. degree in engineering mechanics from Virginia Tech. His research interests are in the general areas of NeuroMEMS, sensors, and bionanoelectronics. His experimental research work is focused primarily in Carbon-MEMS, new bionanoelectronics platforms, and NeuroMEMS where his group is developing several innovative neural interfaces for Intracortical, epicortical, and spinal cord signal recording and stimulation as part of bi-directional closed-loop brain-computer interface (BBCI) system.

Dr. Kassegne is currently deputy director of NSF funded (~$40 million for 10 years) ERC (Engineering Research Center) on sensorimotor neural engineering. The leading partner institutions are University of Washington and MIT. Dr. Kassegne has an extensive industrial experience in MEMS and other areas acquired through his employment at Nanogen, Microfabrica and Bentley Systems in Southern California. He also has consulted for several companies such as Corning/Intellisense, SAIC, Nevada Nanotech, OxyHeal, Game Changers, Cooley LLP, Nokia, etc. Further, as evidenced by the breadth and depth of his publication records and the companies he has consulted for, Dr. Kassegne has a unique engineering background that spans a number of engineering disciplines. Dr. Kassegne's research has been funded by NSF, DOE, DOD (SPAWAR), CSUPERB, Amco (Korea), etc. He has also taught MEMS & FEA courses at UCSD and UCI where he was a visiting scientist at his mentor's Marc Madou's Lab.

10h00
IBEB - Instituto de Biofísica e Engenharia Biomédica

Seminário de Lógica Matemática, por Paulo Firmino (Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa).

Composição de três imagens relativas à área da deteção remota

Este curso visa dar formação na área de Deteção Remota, abrangendo desde a Observação da Terra pelos satélites até à utilização de Drones - candidaturas até 02 de novembro.

Aula aberta de Práticas de Engenharia de Software, por Nuno Saavedra (Codeset e IST).

Iconografia relacionada com a temática do curso

O curso fornece uma exploração aprofundada de isótopos estáveis como uma ferramenta valiosa em Ecologia, usando assinaturas isotópicas para rastrear processos ecológicos e revelando insights sobre o ciclo de nutrientes e água, interações de espécies e condições ambientais em diversos ecossistemas e comunidades - candidaturas até 17 de outubro.

Paleontologia - jovem a examinar fóssil

O curso abordará o vasto registo fóssil de dinossáurios de Portugal, explorando os resultados das mais recentes investigações científicas, bem como a história da investigação paleontológica no nosso país, desde o século XIX até à atualidade. Será também destacada a importância da proteção e valorização do Património Paleontológico nacional.

Fábrica

O evento pretende reunir investigadores que trabalhem sobre temas ligados à indústria e sobre património técnico e industrial, para uma reflexão prospetiva sobre o património industrial e atuais vias de colaboração no seu estudo, salvaguarda e preservação.

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O curso propõe uma imersão nos princípios, desafios e oportunidades da Economia Azul, explorando o papel crucial dos oceanos nas transições ecológica e climática - candidaturas até 13 de novembro.

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Conheça os aventureiros que expandem os limites da descoberta em todo o mundo.

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Na Semana da Ciência e da Tecnologia, entre 24 e 30 de novembro 2025, a ciência será novamente a grande protagonista.

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Uma oportunidade única para desenvolver competências, criar redes internacionais e conhecer de perto uma das instituições parceiras da aliança Unite! - inscrições até 21 de setembro.

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O curso visa capacitar investigadores, docentes e técnicos para integrar os princípios da economia circular em ambientes laboratoriais académicos - candidaturas até 22 de novembro.

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O curso visa capacitar profissionais para aplicar os princípios da economia circular em ambientes laboratoriais industriais, promovendo práticas sustentáveis e eficientes - candidaturas até 22 de novembro.

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Título "Gostarias de realizar uma mobilidade Erasmus+?" e fotografia de estudante

Candidaturas de 01 a 31 de dezembro - as sessões informativas têm início a 19 de novembro.

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O curso fornece uma compreensão abrangente dos princípios e práticas fundamentais da cibersegurança e da privacidade, com aplicação tanto em contextos genéricos como em sistemas críticos - candidaturas até 07 de novembro.

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