Mélyagyi optogenetikai stimulációs rendszer fejlesztése és optimalizálása

Az optogenetika egy újszerű eljárás biológiai szervezetekbe történő beavatkozásra. Optikai stimuláció segítségével a sejt egyes funkciói befolyásolhatóak, például az idegsejtekben előidézhetünk impulzusokat, valamint ki is iktathatjuk azokat. A szövetek egyes hullámhosszakra érzékenyek, valamint másokra érzékennyé tehetőek. A stimuláció sikerességét a lokálisan kiváltott elektromos jelek mérésével lehet igazolni. Egy olyan eszköz létrehozása, ahol integráltan található meg az optikai stimulációs rendszer és az elektromos mérőelektródák lehetővé tenné a nagy precizitású, megismételhető in vivo kísérleteket.

Dolgozatomban az MTA TTK Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet MEMS labor által kifejlesztett szilícium alapú mélyagyi tű továbbfejlesztésével foglalkozom optogenetikai alkalmazásokra. A tű elektródjai által mért elektromos jelet felhasználva egy integrált rendszer létrehozása a cél. Két optogenetikai jelenséggel foglalkozok: a látható tartományba eső és az infravörös optogenetikával. Ezen jelenségek különböző optikai hullámvezető eszközök létrehozását igénylik a szilícium tűn. Ezen hullámvezetők vizsgálatához hullámoptikai és sugároptikai szimulációkat hoztam létre, mely alapján az optikai rendszerek paraméterei tervezhetőek. A tervek alapján legyártott tűket optikai mérésekkel vizsgáltam. Az optikai szimulációk eredményeit a mérések adataival verifikáltam. A dolgozat első részében a biológiai jelenség hátterével és a jelenlegi eredményekkel foglalkozok, valamint bemutatom a fényvezetés fizikai hátterét. A második részben a jelenség szimulációjához készített végeselem illetve sugárkövetési modelleket, valamint az eszköz elkészítéséhez technológiai folyamatokat és felhasznált anyagokat részletesen vizsgálom. A dolgozat harmadik részében bemutatom a mért mintákat, a használt mérési elrendezést és a kapott eredményeket.

Az optimális stimulációs eszköz létrehozását követően a jövőben élő állaton végzett optogenetikai mérések is lehetségesek.

szerző

• 
  Kiss Marcell
  villamosmérnöki
  nappali

konzulensek

• 
  Dr. Fekete Zoltán
  tudományos munkatárs, Természettudományi Kutatóközpont (külső)
• 
  Dr. Szabó Péter Gábor
  egyetemi docens, Elektronikus Eszközök Tanszék

helyezés