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
Título "Cybersecurity Executive Program Edição 2025", sobre um fundo em tons de verde

Adotar boas medidas e práticas de Cibersegurança é fundamental nos dias de hoje, para qualquer empresa, para proteger a integridade, confidencialidade e disponibilidade de dados sensíveis e pessoais, reduzindo o risco de ataques e fraudes.

Seminário do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, por Edmund J. Copeland (University of Nottingham, UK).

Título/data/local do evento e representação de floresta

Esta é a altura certa para fazer os últimos preparativos para uma agrofloresta viçosa e produtiva que nos dará fruta, biodiversidade e sombra nos meses mais quentes.

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Fotografia de criança a observar plantas com uma lupa

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Sala de aula

Curso creditado para efeitos de progressão na carreira dos professores do Ensino Secundário dos grupos 500 e 550, com candidaturas até 25 de março.

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No dia 04 de abril, pelas 14h30, será gravado um episódio em direto do podcast "A Escala do Clima" de Filipe Duarte Santos (Professor Jubilado de CIÊNCIAS).

Fotografia de coleção de insetos

The course includes several case studies of insect adaptation, and the most recent overview on insect evodevo, plasticity, ecophysiological responses and conservation under global change.

A leading venue for presenting and discussing the latest research, industrial practice and innovations in dependable and secure computing.

Título/data/local do evento e fotografia aérea de vias urbanas

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O maior evento de empregabilidade de CIÊNCIAS, a decorrer nos dias 08 e 09 de abril.

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O curso tem como objetivo dar formação sobre a problemática da contaminação por detritos de plástico dos nossos ecossistemas, bem como alertar para os potenciais efeitos deletérios nos organismos - candidaturas até 22 de março.

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Junte-se a nós no Grande Auditório de CIÊNCIAS para uma tarde de celebração que reúne toda a comunidade da Faculdade.

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O curso oferece uma base sólida sobre os fundamentos e práticas essenciais para proteger sistemas e dados num mundo cada vez mais digital - candidaturas até 13 de abril.

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