BR112021009834A2

BR112021009834A2 - métodos de fabricação e aplicações bioeletrônicas de fibras de grafeno metalizadas

Info

Publication number: BR112021009834A2
Application number: BR112021009834-8A
Authority: BR
Inventors: Mario Romero-Ortega; Gordon Wallace; Maria Gonzalez Gonzalez; Rouhollah Ali Jalili
Original assignee: Board Of Regents, The University Of Texas System; University Of Wollongong
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2021-08-17
Also published as: WO2020106986A1; AU2019384817A1; CA3119480A1; CN113348530A; MX2021006008A; US20200155834A1; EP3884507A4; IL283063A; EP3884507B1; US20220305253A1; EP3884507A1; US11311720B2; JP2022511738A

Abstract

MÉTODOS DE FABRICAÇÃO E APLICAÇÕES BIOELETRÔNICAS DE FIBRAS DE GRAFENO METALIZADAS. A presente divulgação fornece métodos para fabricar e aplicar fibras de grafeno metalizadas em aplicações bioeletrônicas. Por exemplo, fibras de grafeno platinizadas podem ser usadas como uma sutura condutiva implantável para interfaces neurais e neuromusculares em aplicações crônicas. Em algumas modalidades, um eletrodo implantável inclui um núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas, um revestimento isolante que circunda o núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas e uma camada de metal disposta entre o núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas e o revestimento isolante.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTO- DOS DE FABRICAÇÃO E APLICAÇÕES BIOELETRÔNICAS DE FI- BRAS DE GRAFENO METALIZADAS".

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica a prioridade e o benefício do Pedido Provisório dos EUA nº 62/770.540 intitulado "Methods of Making and Bioelectronic Applications of Metalized Graphene Fibers" depositado em 21 de novembro de 2018, cujo conteúdo é aqui incorporado por referência em sua totalidade.

CAMPO TÉCNICO

[002] A presente divulgação está relacionada à fabricação de bi- ossensores e aplicações bioeletrônicas de matrizes de microeletrodos, incluindo fibras de grafeno metalizadas.

ANTECEDENTES

[003] Microeletrodos cronicamente implantáveis permitem a co- municação entre dispositivos feitos pelo homem e o sistema nervoso. Próteses neurais e terapias baseadas em estimulação elétrica ou re- gistro de potencial de ação envolvem eletrodos conectados aos siste- mas nervosos central e periférico. Um microeletrodo funcional é ne- cessário para se comunicar com um neurônio individual para registrar biossinais, enquanto fornece uma quantidade suficiente de carga elé- trica para despolarizar o tecido neural e iniciar uma resposta. As tecno- logias de microeletrodos existentes encontraram desafios e limitações significativas.

[004] Por exemplo, embora a comunicação bidirecional eficaz en- tre uma máquina e o sistema nervoso exija acesso a um microeletrodo macio de baixa impedância com um tamanho de ponta comparável aos neurônios individuais (D < 50 μm e área de superfície geométrica < 2.000 μm2), o desempenho de microeletrodos convencionais com- postos por metais nobres (ou seja, ouro, platina (Pt) e platina/irídio) e silício cristalino é limitado devido a sua alta impedância, baixa capaci- dade de injeção de carga (0,05 a 0,26 mC/cm2), baixa área de superfí- cie e incompatibilidade mecânica entre o eletrodo e o tecido circundan- te causando cicatrizes e falha do dispositivo.

[005] Consequentemente, a seleção de material para eletrodos nas interfaces para estimulação neural e registro influencia a eficácia, confiabilidade e vida útil das interfaces neurais. Além disso, durante a estimulação e registro, o eletrodo deve entregar e registrar uma quan- tidade suficiente de carga, mas não exceder o limiar para desencadear a eletrólise da mídia circundante. A baixa área de superfície dos ele- trodos convencionais à base de metal limita intrinsecamente sua capa- cidade de fornecer uma alta densidade de carga e afeta adversamente a sensibilidade do registro de sinal de neurônio individual.

[006] Essas limitações motivaram a avaliação de outros materi- ais, tais como carbono nanoestruturado, fibras nanoestruturadas, óxi- dos de metal, nitretos de metal e condutores orgânicos, para fornecer características eletroquímicas aprimoradas com biocompatibilidade. No entanto, esses materiais oferecem desafios adicionais. Por exem- plo, o revestimento com nitreto de titânio (TiN) melhora a capacidade de injeção de carga dos eletrodos de Pt de 0,05 a 0,26 mC/cm2 a 0,87 mC/cm2 em um mecanismo capacitivo, o que é favorável para estudos in vivo. O óxido de irídio ativado (IrOx) aumenta ainda mais a capaci- dade de injeção de carga dos eletrodos de Pt para 1 a 5 mC/cm2 por meio de um mecanismo faradaico, no entanto, tem estabilidade limita- da e margem de segurança para estimulação neural. A deposição de polímeros condutores como PEDOT:PSS, PEDOT:pTS, PEDOT:C1O4, PEDOT:CNT aumenta ainda mais a capacidade de injeção de carga para 2,92, 2,01, 2,09 e 1,25 mC/cm2, respectivamente, em compara- ção com Pt (0,05 a 0,26 mC/cm2). Esses polímeros também reduzem a impedância do eletrodo para 8, 26,5, 203 e 42 MΩ μm2, respectiva-

mente, em comparação com Pt (~ 390 MΩ μm2). No entanto, a nature- za heterogênea do microeletrodo revestido é propensa ao acoplamen- to galvânico que pode resultar em reações colaterais, corrosão, dela- minação e, consequentemente, falha precoce. Os materiais seleciona- dos e o processo de fabricação também devem minimizar a delamina- ção do eletrodo para garantir uma operação robusta e confiável.

[007] Além disso, os microeletrodos convencionais de baixa im- pedância não são rígidos o suficiente para penetrar no tecido nervoso mole, mas são flexíveis ou esticáveis para minimizar a incompatibilida- de mecânica com o tecido e acomodar micromovimentos uma vez im- plantados.

[008] Materiais carbonáceos nanoestruturados, incluindo grafeno, podem fornecer excelentes características eletroquímicas, ao mesmo tempo em que permitem flexibilidade e resistência. Nanotubos e micro- fibras de grafeno fornecem excelentes propriedades eletroquímicas, alta área de superfície, resistência mecânica, alta flexibilidade e bio- compatibilidade e, portanto, ideais para a fabricação de eletrodos. De fato, as fibras de nanotubos de carbono demonstraram significativa atividade eletroquímica, sensibilidade e resistência à bioincrustação quando implantadas, em comparação com eletrodos de metal e fibras de carbono convencionais. No entanto, enquanto os microeletrodos de fibra baseados em nanotubos de carbono puro são estáveis e capazes de registrar a atividade neural por períodos relativamente longos, o processo de fiação usado para fabricar nanotubos é um desafio. Além disso, o alto custo para a produção de matrizes de nanotubos de car- bono superalinhadas (fiação a seco), bem como as condições extre- mamente rigorosas necessárias para sua fabricação, incluindo alta temperatura (> 1.000 °C) e o uso de solventes corrosivos (por exem- plo, ácido sulfúrico fumegante e ácido clorossulfônico), limita drastica- mente a produção de microfibras à base de nanotubos de carbono.

[009] Além disso, uma grande desvantagem adicional dos nano- tubos de carbono independentes convencionais e microfibras de gra- feno reside na alta resistividade em comparação com suas contrapar- tes metálicas. Quando um microeletrodo é maior do que alguns milí- metros, a resistividade aumenta significativamente, o que representa um desafio significativo para o registro de baixo ruído.

SUMÁRIO

[0010] A presente divulgação está relacionada à fabricação de bi- ossensores e aplicações bioeletrônicas de matrizes de microeletrodos, incluindo fibras de grafeno metalizadas. Em algumas modalidades, a fabricação de matrizes de microeletrodos flexíveis e independentes à base de fibra de grafeno com um revestimento de platina fino, como um coletor de corrente, resulta em uma estrutura com baixa impedân- cia, alta área de superfície e excelentes propriedades eletroquímicas. As fibras de grafeno podem ser fabricadas usando dispersões cristali- nas líquidas de óxido de grafeno (LCGO). As fibras de grafeno têm propriedades mecânicas e eletroquímicas únicas, além de sua bio- compatibilidade natural. As matrizes de microeletrodos resultantes for- necem melhor desempenho quando comparados aos eletrodos con- vencionais de grafeno ou Pt. Em particular, em algumas modalidades, a baixa impedância e a estrutura porosa da fibra de grafeno resulta em uma capacidade de injeção de carga incomparável e a capacidade melhorada de registrar e detectar a atividade neuronal, enquanto a camada fina de Pt transfere os elétrons coletados ao longo do microe- letrodo de forma eficiente. Além disso, as matrizes de microeletrodos resultantes também podem detectar a atividade neuronal com melho- res razões sinal-ruído quando comparadas às matrizes de microeletro- dos convencionais.

[0011] Em algumas modalidades, um eletrodo implantável inclui um núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas, um revestimento isolante que circunda o núcleo de fibra de grafeno de múltiplas cama- das e uma camada de metal disposta entre o núcleo de fibra de grafe- no de múltiplas camadas e o revestimento isolante. Em algumas mo- dalidades, o núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas não in- clui um material ligante. Opcionalmente, o revestimento isolante pode ser um revestimento à base de polímero, tal como Parileno-C ou sili- cone. Em algumas modalidades, o revestimento isolante tem uma es- pessura de cerca de 2 μm. Em algumas modalidades, a camada de metal pode ser adjacente ao núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas e a camada de metal cobre completamente ou uma porção de superfície do núcleo de fibra de grafeno com encapsulamento total ou parcial do núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas. Em al- gumas modalidades, a camada de metal cobre cerca de metade da superfície do núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas. Em al- gumas modalidades, a camada de metal é adjacente ao núcleo de fi- bra de grafeno de múltiplas camadas e a camada de metal cobre uma porção de superfície do núcleo de fibra de grafeno com encapsula- mento completo do núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas. Em algumas modalidades, a camada de metal compreende pelo me- nos um dentre platina, irídio, óxido de irídio, platina-irídio e nitreto de titânio. Em algumas modalidades, a camada de metal tem espessura na faixa entre cerca de 10 nm a cerca de 500 nm. Em algumas moda- lidades, o núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas tem um diâmetro na faixa de cerca de 10 μm a cerca de 200 μm.

[0012] Em algumas modalidades, um método para produzir um eletrodo implantável inclui as etapas de formar um núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas realizando uma redução in situ de folhas de óxido de grafeno totalmente ordenadas em um líquido cristalino, revestindo pelo menos uma porção do núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas com uma camada de metal e revestindo o núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas e a camada de metal com um revestimento isolante. A formação de um núcleo de fibra de grafe- no de múltiplas camadas realizando uma redução in situ pode incluir a etapa de fiação úmida de dispersões cristalinas líquidas de óxido de grafeno usando um banho de coagulação contendo um ácido. Opcio- nalmente, o ácido inclui ácido hipofosforoso. Opcionalmente, a cama- da de metal inclui pelo menos um dentre platina, irídio, óxido de irídio, platina-irídio e nitreto de titânio. Opcionalmente, a camada de metal tem espessura na faixa entre cerca de 10 nm a cerca de 500 nm. Op- cionalmente, o revestimento isolante inclui Parileno-C.

[0013] Em algumas modalidades, um método de registro e estimu- lação de um periférico inclui implantar um eletrodo implantável enga- tando o nervo periférico, em que o eletrodo implantável compreende ainda um núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas, um reves- timento isolante em torno do núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas, e uma camada de metal disposta entre o núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas e o revestimento isolante, e pelo menos um dentre registro e estimulação do nervo periférico. Opcionalmente, engatar um nervo periférico pode incluir implantar o eletrodo implantá- vel dentro do nervo periférico, suturado através do nervo periférico, ou sobre o nervo periférico. Opcionalmente, o nervo periférico pode iner- var um ou mais órgãos, incluindo coração, pulmões, estômago, fígado, pâncreas, rim e aqueles nas áreas pélvica e perineal, entre outros. Em algumas modalidades, um sistema pode ser usado para registrar e/ou estimular a partir de gânglios autônomos ou sematossensoriais, inclu- indo, mas não se limitando aos, nodosos, mesentéricos e carotídeos. Além disso, em algumas modalidades, sistemas e métodos construí- dos de acordo com a presente divulgação podem ser usados para re- gistrar e/ou estimular plexos neurovasculares, em que ramificações de nervos viajam entre artérias e complexos de veias, tais como aqueles no nervo esplênico ou no nervo renal entre outros.

[0014] Em algumas modalidades, um método de registrar e esti- mular um nervo periférico pode incluir expor e isolar um nervo-alvo do tecido circundante, engatar um eletrodo implantável no nervo-alvo por meio de pelo menos um dentre passar o eletrodo implantável em torno do nervo-alvo exposto e formar um nó com o eletrodo implantável, e inserir o eletrodo implantável através do epinêurio do nervo-alvo ex- posto, em que o eletrodo implantável compreende ainda um núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas, um revestimento isolante en- volvendo o núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas e uma camada de metal disposta entre o núcleo de fibra de grafeno de múlti- plas camadas e o revestimento isolante; e pelo menos um dentre re- gistro e estimulação do nervo periférico. Opcionalmente, engatar um nervo periférico pode incluir implantar o eletrodo implantável dentro do nervo periférico, suturado através do nervo periférico, ou sobre o nervo periférico. Opcionalmente, o nervo periférico pode ser periférico a pelo menos um dos órgãos do coração, pulmões, estômago, fígado, baço, pâncreas e pélvicos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0015] Acredita-se que a divulgação será mais completamente en- tendida a partir da seguinte descrição tomada em conjunto com os de- senhos anexos. Algumas das figuras podem ter sido simplificadas pela omissão de elementos selecionados com o objetivo de mostrar mais claramente outros elementos. Tais omissões de elementos em algu- mas figuras não são necessariamente indicativas da presença ou au- sência de elementos particulares em qualquer uma das modalidades exemplares, exceto como pode ser explicitamente delineado na des- crição escrita correspondente. Nenhum dos desenhos está necessari- amente em escala.

[0016] A Figura 1A fornece um diagrama esquemático para produ-

zir e aplicar uma fibra de grafeno metalizada de acordo com algumas modalidades da presente divulgação.

[0017] A Figura 1B fornece um fluxograma para um processo para produzir uma fibra de grafeno metalizada de acordo com algumas mo- dalidades da presente divulgação.

[0018] A Figura 2 fornece uma caracterização de eletrodo de var- redura de um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algumas modalidades da presente divulgação.

[0019] A Figura 3 fornece uma caracterização eletroquímica de um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com al- gumas modalidades da presente divulgação.

[0020] A Figura 4 fornece uma caracterização de envelhecimento mecânico e acelerado de um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algumas modalidades da presente divulga- ção.

[0021] A Figura 5 fornece atividade neural registrada a partir do cérebro de rato por um eletrodo de fibra de grafeno metalizado cons- truído de acordo com algumas modalidades da presente divulgação.

[0022] A Figura 6 fornece atividade neural registrada por um ele- trodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algu- mas modalidades da presente divulgação.

[0023] A Figura 7 fornece uma caracterização de um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algumas moda- lidades da presente divulgação.

[0024] A Figura 8 fornece uma caracterização de um revestimento de espessura metalizada no eletrodo de fibra de grafeno construído de acordo com algumas modalidades da presente divulgação.

[0025] A Figura 9 fornece um diagrama esquemático para produzir e aplicar uma fibra de grafeno metalizada de acordo com algumas mo- dalidades da presente divulgação

[0026] A Figura 10 fornece uma caracterização de um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algumas moda- lidades da presente divulgação.

[0027] A Figura 11 fornece uma caracterização de um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algumas moda- lidades da presente divulgação.

[0028] A Figura 12 fornece atividade neural registrada por um ele- trodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algu- mas modalidades da presente divulgação.

[0029] A Figura 13 fornece atividade neural registrada por um ele- trodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algu- mas modalidades da presente divulgação.

[0030] A Figura 14 fornece atividade neural registrada por um ele- trodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algu- mas modalidades da presente divulgação.

[0031] A Figura 15 fornece atividade neural registrada por um ele- trodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algu- mas modalidades da presente divulgação.

[0032] A Figura 16 fornece características de implantação para um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com al- gumas modalidades da presente divulgação.

[0033] A Figura 17 fornece atividade neural registrada por um ele- trodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algu- mas modalidades da presente divulgação.

[0034] A Figura 18 fornece atividade neural registrada por um ele- trodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algu- mas modalidades da presente divulgação.

[0035] A Figura 19 fornece uma caracterização de um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algumas moda- lidades da presente divulgação.

[0036] A Figura 20 fornece uma caracterização de um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algumas moda- lidades da presente divulgação.

[0037] A Figura 21 fornece uma caracterização de um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algumas moda- lidades da presente divulgação.

[0038] A Figura 22 fornece uma caracterização de um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algumas moda- lidades da presente divulgação.

[0039] A Figura 23 fornece características de implantação para um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com al- gumas modalidades da presente divulgação.

[0040] A Figura 24 fornece atividade neural registrada por um ele- trodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algu- mas modalidades da presente divulgação.

[0041] A Figura 25 fornece atividade neural registrada por um ele- trodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algu- mas modalidades da presente divulgação.

[0042] A Figura 26 fornece uma caracterização de um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algumas moda- lidades da presente divulgação.

[0043] A Figura 27 fornece características de implantação para um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com al- gumas modalidades da presente divulgação.

[0044] A Figura 28 fornece atividade neural registrada por um ele- trodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algu- mas modalidades da presente divulgação.

[0045] A Figura 29 fornece atividade neural registrada por um ele- trodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algu- mas modalidades da presente divulgação.

[0046] A Figura 30 fornece atividade neural registrada por um ele- trodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algu- mas modalidades da presente divulgação.

[0047] A Figura 31 fornece uma caracterização de um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algumas moda- lidades da presente divulgação.

[0048] A Figura 32 fornece uma caracterização de um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com algumas moda- lidades da presente divulgação.

[0049] A Figura 33 fornece características de implantação para um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com al- gumas modalidades da presente divulgação.

[0050] A Figura 34 fornece características de implantação e regis- tros neurais para um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construí- do de acordo com algumas modalidades da presente divulgação.

[0051] A Figura 35 fornece características de implantação e regis- tros neurais para um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construí- do de acordo com algumas modalidades da presente divulgação.

[0052] A Figura 36 fornece características de implantação para um eletrodo de fibra de grafeno metalizado construído de acordo com al- gumas modalidades da presente divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0053] A presente divulgação refere-se à fabricação e aplicações bioeletrônicas de fibras de grafeno metalizadas. Em algumas modali- dades, as fibras de grafeno podem ser revestidas com platina e usa- das para registrar e estimular a partir de um ou mais tecidos e órgãos. Em algumas modalidades, a fabricação de matrizes de microeletrodos flexíveis e independentes à base de fibra de grafeno com um revesti- mento de metal fino (isto é, platina), como um coletor de carga, resulta em uma estrutura com baixa impedância, alta área de superfície e ex-

celentes propriedades eletroquímicas. Em comparação com eletrodos de grafeno convencionais ou eletrodos de platina (Pt), as fibras híbri- das de grafeno platinizado discutidas no presente documento podem ser robustas e fornecer melhor desempenho. Em particular, modalida- des de matrizes de microeletrodos construídas de acordo com a divul- gação no presente documento podem incluir baixa impedância e estru- tura porosa de fibra de grafeno com uma fina camada de platina sobre a mesma. A fibra de grafeno pode fornecer uma capacidade de injeção de carga incomparável e a capacidade de registrar e detectar a ativi- dade neuronal, enquanto a fina camada de Pt transfere os elétrons co- letados ao longo do microeletrodo de forma eficiente. Por conseguinte, os microeletrodos podem ser capazes de detectar atividade neuronal com uma alta razão sinal/ruído.

[0054] Uma grande desvantagem dos nanotubos de carbono inde- pendentes convencionais e microfibras de grafeno reside na alta resis- tividade em comparação com suas contrapartes metálicas. Quando um microeletrodo é maior do que alguns milímetros, a resistividade au- menta significativamente, o que representa um desafio significativo para o registro de baixo ruído. Em contraste, um sistema construído de acordo com a presente divulgação pode superar essa limitação apli- cando um revestimento fino de metal (por exemplo, platina na faixa de 200 nm) como o coletor de corrente nas microfibras de grafeno de fia- ção úmida. Essa modificação integra as características eletroquímicas do grafeno e as propriedades eletrônicas do metal aos microeletrodos, sem limitar sua flexibilidade mecânica e alta área superficial. A baixa impedância e a estrutura porosa da fibra de grafeno resultam em uma capacidade de injeção de carga incomparável com a capacidade de registrar e detectar a atividade neuronal, enquanto a fina camada de metal transfere os elétrons registrados ao longo do microeletrodo de forma eficiente.

[0055] A Figura 1A fornece um diagrama esquemático de um pro- cesso para a fabricação de um microeletrodo de fibra de grafeno meta- lizado e implantação do microeletrodo no cérebro. Em particular, em 101, o processo de óxido de grafeno de cristal líquido (LCGO) é usado para gerar fibras de óxido de grafeno 103 que são depositadas dentro de um banho de ácido 105. O banho pode ser girado 109 e resulta na produção de fibras de grafeno (GF) 111. A GF pode ser cortada em pedaços menores 113 e revestida por um metal para formar uma fibra de grafeno revestida com metal 115. A fibra de grafeno revestida com metal 117 pode então ser coberta por um material isolante. O material isolante pode então ser cortado de modo que uma superfície conduto- ra e/ou uma ponta afiada sejam expostas para registro e/ou estimula- ção. Uma ou mais fibras de grafeno revestidas com metal isoladas po- dem ser montadas 119 e implantadas em um cérebro 121. Uma vista em seção transversal 123 ilustra o movimento dos elétrons 125 atra- vés da camada de metal da fibra de grafeno revestida com metal iso- lada.

[0056] A Figura 1B fornece um fluxograma que ilustra o método para a fabricação de um microeletrodo de fibra de grafeno metalizado. Em uma primeira etapa 1125, as fibras de grafeno (GF) são fabricadas usando o processo de óxido de grafeno de cristal líquido fiado a úmido (LCGO). A descrição do processo de fabricação de GF usando LCGO e posterior Esfoliação de Estado Sólido de Grafite é descrita em Esra- filzadeh, D., Jalili, R., Stewart, E. M., Aboutalebi, S. H., Razal, J. M., Moulton, S. E. & Wallace, G. G. (2016). High-performance multifuncti- onal graphene-PLGA fibers: toward biomimetic and conducting 3D scaffolds. Advanced Functional Materials, 26 (18), 3.105 a 3.117, que é incorporado ao presente documento por referência em sua totalida- de. Em uma segunda etapa 1127, as GF fabricadas são reduzidas em um banho de ácido. Em uma terceira etapa 1129, uma camada metáli-

ca é depositada sobre pelo menos uma porção dos filamentos de GF individuais. Em uma quarta etapa 1131, os filamentos de GF (com a camada metálica depositada) são cortados em pedaços individuais e ligados a fios condutores. Em uma quinta etapa 1133, os pedaços in- dividuais são revestidos com um material isolante. Em uma sexta eta- pa 1135, os locais ativos do microeletrodo incluindo os filamentos de GF são expostos 1135.

[0057] Em algumas modalidades, as fibras GF não incluem um material ligante. Em algumas modalidades, o núcleo de GF pode ter um diâmetro na faixa de cerca de 10 μm a cerca de 200 μm. As moda- lidades em que a fibra GF não inclui um ligante podem ser fabricadas com menor custo e fornecer melhor desempenho, pois os ligantes convencionais podem ser prejudiciais para as propriedades eletrônicas e eletroquímicas da estrutura, uma vez que auxiliam no processamen- to do suporte mecânico da estrutura.

[0058] Em algumas modalidades, o revestimento isolante pode ser um revestimento à base de polímero, como Parileno-C. O revestimento isolante pode ter uma espessura de cerca de 2 μm.

[0059] Em algumas modalidades, a camada de metal pode ser pulverizada sobre a superfície do núcleo de fibra de grafeno. Em tal modalidade, a camada de metal pode cobrir a totalidade ou uma por- ção do núcleo de fibra de grafeno. Em algumas modalidades, a cama- da de metal pode cobrir metade da área de superfície do núcleo de fibra de grafeno. A camada de metal pode incluir um ou mais dentre platina, irídio, óxido de irídio, platina-irídio e nitreto de titânio. Em al- gumas modalidades, a camada de metal tem uma espessura na faixa entre cerca de 10 nm a cerca de 500 nm. Em algumas modalidades, a camada de metal pode cobrir entre cerca de 50% e 75% da área de superfície do núcleo de fibra de grafeno. A porcentagem da área de superfície coberta pela camada de metal pode ser ajustada para pro-

cessos de fabricação.

[0060] Além disso, conforme ilustrado na Figura 1B, o núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas pode ser formado realizando-se uma redução in situ de folhas de óxido de grafeno altamente ordena- das em um líquido cristalino. Opcionalmente, isso pode incluir a etapa de fiação úmida de dispersões cristalinas líquidas de óxido de grafeno usando um banho de coagulação contendo um ácido. Em algumas modalidades, o ácido pode ser ácido hipofosforoso e/ou cloreto de cál- cio.

[0061] Em algumas modalidades, as fibras de grafeno podem ser geradas pela produção de folhas únicas de óxido de grafeno que com- preendem 2 micrômetros com flexibilidade superior. Um metal menos condutor, tal como a platina, pode então ser usado para metalizar as fibras de grafeno. No entanto, a camada de metal pode ser usada para melhorar a condutividade geral ao coletar as cargas.

[0062] Em algumas modalidades, as fibras de grafeno construídas de acordo com os sistemas e métodos descritos neste documento po- dem formar uma infinidade de formas, incluindo, mas não se limitando a, uma estrutura de malha, uma matriz, linha, fios, agulha afiada e se- melhantes. Alternativamente, as estruturas de grafeno podem ser bio- impressas em qualquer forma adequada para registro e/ou estimula- ção.

[0063] Fabricação, caracterização e aplicação bioeletrônica de fi- bras de grafeno metalizadas construídas de acordo com a divulgação acima são fornecidas nos exemplos abaixo.

EXEMPLOS EXEMPLO 1: MICROELETRODOS DE REGISTRO NEURAL À BASE

DE FIBRA DE GRAFENO DE ALTO DESEMPENHO

[0064] O exemplo anterior demonstra a fabricação, caracterização e desempenho agudo in vivo de um microeletrodo flexível e indepen-

dente feito de fibras de grafeno revestidas com Pt para aplicações de estimulação e registro neural de acordo com a divulgação acima. Aproveitando a combinação única de alta resistência mecânica e alta flexibilidade de flexão do GO, foram fabricadas fibras robustas e flexí- veis e eletrodos altamente condutores. Os microeletrodos revestidos com fibra de grafeno e platina (GF-Pt) resultantes têm propriedades eletroquímicas superiores e são caracterizados por uma impedância notavelmente menor e maior capacidade de armazenamento de carga. A análise do transiente de tensão confirmou que esses microeletrodos têm alta capacidade de injeção de carga de mais de 10 mC/cm2. Para aplicações in vivo, uma alta razão sinal-ruído (SNR) de 7,10 dB para a matriz de microeletrodos e 9,2 dB para um único microeletrodo foi al- cançada durante o registro neural. As fibras de grafeno revestidas com Pt parecem ser um material vantajoso para desenvolver a estimulação neural de próxima geração e registrar microeletrodos com tamanho de escala neural, baixa impedância, alta capacidade de injeção de carga e alta flexibilidade, proporcionando, assim, dispositivos implantáveis bidirecionais de circuito fechado.

FABRICAÇÃO DE ELETRODO

[0065] De acordo com os métodos e técnicas descritos acima, a alta resistência mecânica e a superflexibilidade das folhas de óxido de grafeno permitiram o processamento direto de estruturas tridimensio- nais (3D) sem a necessidade de qualquer ligante para auxiliar no pro- cessamento. Para alcançar microfibras alinhadas automontadas, de múltiplas camadas, sem ligante e com folhas de grafeno reduzidas, a fiação úmida de dispersões cristalinas líquidas de óxido de grafeno (LCGO) foi conduzida usando um banho de coagulação contendo áci- do hipofosforoso. Esse banho de coagulação reduziu o GO durante o processo de fiação sem comprometer a flexibilidade e resistência me- cânica. A flexibilidade de uma microfibra é uma característica impor-

tante para a fabricação de microeletrodos implantáveis, pois minimiza a reação a corpo estranho e maximiza a maior sobrevivência do neu- rônio proximal em comparação com os eletrodos de metal tradicionais.

[0066] Mais particularmente, as GFs foram fabricadas por meio de um processo de fiação úmida a partir de LCGO caseiro. As fibras de LCGO úmidas fabricadas foram reduzidas com solução de ácido hipo- fosforoso (50% em água, Sigma-Aldrich) a 80 °C por 24 h. Os filamen- tos de GF individuais secos (40 μm de diâmetro) foram depositados com uma camada de Pt de 200 nm usando um revestidor de pulveri- zação catódica para produzir GF-Pts. As GF-Pts preparadas foram cortadas em pedaços de 8 a 12 mm e presas a fios de prata usando tinta de prata condutora (SPI Supplies, Z05002-AB). Em seguida, as GF-Pts juntamente com os fios de prata foram revestidas com Parileno C usando um revestidor de sistema de deposição de Parileno (Special- ty Coating System, PDS 2010 Labcoater). As GF-Pt-PCs montadas foram mergulhadas em nitrogênio líquido por cerca de 10 min e os lo- cais ativos de um microeletrodo foram expostos cortando sua ponta com uma tesoura afiada. O Parlieno C na cauda do fio de prata foi re- movido antes do teste para torná-lo condutor. A condutividade elétrica das fibras foi medida usando uma aparelhagem de condutividade de sonda de quatro pontos caseira com espaçamento de sonda de 240 urn usando uma fonte de corrente galvanostática (Princeton Applied Research 363) e um multímetro digital (Agilent 34401A). Fibras e ele- trodos conforme preparados foram examinados diretamente por mi- croscopia eletrônica de varredura (JEOL JSM-7500FA) e microscópio de vídeo (Leica M2056A).

[0067] A Figura 2 ilustra a flexibilidade dessas microfibras de gra- feno. Conforme ilustrado no Painel A da Figura 2, as microfibras de grafeno são flexíveis o suficiente para dar um nó 201. Os painéis B e C da Figura 2 ilustram imagens de microscópio eletrônico de varredura

(SEM) de microfibras de grafeno com um diâmetro de 20 ± 3 μm a 40 ± 5 μm, respectivamente, usando bicos de calibre 19 a 23, respectiva- mente. A comparação entre as seções transversais dessas fibras su- gere que aquelas com diâmetros maiores tendem a formar formas mais irregulares com espaços entre folhas após a secagem (conforme ilustrado pelo vazio em uma fibra típica de diâmetro maior indicado pe- la seta no Painel B da Figura 2). Isso pode ser indicativo de contração severa durante o processo de secagem, que por sua vez poderia ex- plicar a maior condutividade das fibras de 20 ± 3 μm (205 ± 16 S/cm) em comparação com 52 ± 0,3 S/cm para 40 ± 5 μm.

[0068] O painel D da Figura 2 ilustra uma seção transversal SEM ampliada do Painel C da Figura 2 e mostra características alinhadas e altamente organizadas de microfibras de grafeno. Centenas de folhas de grafeno individuais são recolhidas durante o banho de coagulação, criando um núcleo de múltiplas camadas no conjunto de fibra de gra- feno. A imagem SEM de maior ampliação da seção transversal de uma fibra típica apresentada no Painel D da Figura 2 mostra uma caracte- rística particularmente alinhada das camadas da folha de grafeno. No presente documento, a redução in situ de folhas de GO de múltiplas camadas totalmente ordenadas no estado líquido-cristalino inibiu a randomização da morfologia evitando a fase de relaxamento. Na ver- dade, a ordem de LC inerente foi mantida, permitindo a montagem al- tamente organizada de microfibras de GO. Além disso, a redução in situ restringia qualquer novo empilhamento descontrolado das folhas. Consequentemente, uma arquitetura totalmente ordenada e porosa foi obtida. Essas fibras de grafeno reduzidas forneceram uma área de su- perfície extremamente alta de até ~ 2.210 m2 g-1 que facilitou a acessi- bilidade do eletrólito e difusão iônica no eletrodo resultante.

[0069] O painel E da Figura 2 ilustra a resistividade elétrica de mi- crofibras de grafeno como uma função do revestimento de platina e do comprimento. Conforme ilustrado, a resistência aumenta com o com- primento da fibra. Além disso, os eletrodos de GF-Pt ilustram uma re- sistência mais baixa do que os eletrodos de GF. A resistência elétrica dessas microfibras foi afetada por seu comprimento, que aumentou de ~2 para 20 kΩ conforme o comprimento aumentou de ~0,5 para 5 cm. Para minimizar o efeito do comprimento da fibra na resistividade e faci- litar o registro dos sinais nervosos finos, um lado das microfibras foi revestido por pulverização catódica com uma camada de Pt (GF-Pt) de até 200 nm de espessura. O revestimento de Pt resultou em um au- mento significativo na condutividade de 205 ± 16 S/cm para 460 ± 30,3 S/cm. Além disso, como a Pt atua como coletor de corrente, o aumen- to da resistividade devido ao comprimento das microfibras tornou-se consideravelmente menos prejudicial. A minimização da resistividade é particularmente desejável para obter redução de ruído, estabilidade de registros e estimulação elétrica eficaz.

[0070] Os microeletrodos foram fabricados isolando cada microfi- bra platinizada individual com um revestimento de polímero isolante de ~ 2 μm (Parileno-C, GF-Pt-PC), antes de um corte agudo da ponta em um banho de nitrogênio líquido; deixando apenas a ponta exposta co- mo um local eletroquimicamente ativo. O Parileno-C foi selecionado devido à sua alta propriedade dielétrica, biocompatibilidade, revesti- mentos uniformes e livres de orifícios, e seu uso comum para próteses neurais. Microeletrodos feitos de fibra de grafeno nua (ou seja, sem revestimento de Pt) foram fabricados para comparação. Além disso, enquanto o processo de revestimento de polímero aumentou a robus- tez das microfibras de grafeno, a flexibilidade também foi melhorada, conforme demonstrado ao se dar um nó.

[0071] Os painéis F, G e H da Figura 2 mostram imagens SEM de uma microfibra típica após cada etapa de revestimento. Em particular, o Painel F é uma imagem SEM da superfície externa de um eletrodo de GF. O painel G é uma imagem SEM da superfície externa de um eletrodo de GF revestido com Pt. O painel H é uma imagem SEM da superfície externa de um eletrodo de GF revestido com Pt e isolado com Parlieno-C. Ambos os revestimentos de Pt e Parileno-C formaram camadas finas em torno das microfibras, retendo a estrutura porosa e a alta área de superfície na ponta, conforme evidenciado por imagens de microscopia de SEM de alta resolução (ver Painéis I, J, K e L da Figura 2). A alta área de superfície resulta em alta sensibilidade de re- gistro e uma grande capacidade de injeção de carga com baixa impe- dância de 1 Hz a 10 kHz. Em particular, os Painéis I e J ilustram uma imagem SEM em corte transversal de eletrodos de GF-Pt, e os painéis K e L ilustram as imagens SEM da ponta do microeletrodo final.

CARACTERIZAÇÃO ELETROQUÍMICA

[0072] Durante a estimulação e registro das ações bioelétricas, o eletrodo realiza a função de transdução das correntes iônicas no ele- trólito em uma corrente elétrica no sistema de medição. A alta impe- dância elétrica da interface entre o eletrodo e o tecido vivo pode im- pactar negativamente a razão sinal-ruído e aumentar a distorção do sinal. Isso se torna particularmente importante para microeletrodos de- vido às dimensões reduzidas. A Figura 3 ilustra o desempenho eletro- químico dos microeletrodos de grafeno conforme avaliado por espec- troscopia de impedância eletroquímica (EIS), voltametria cíclica (CV) e cálculos de capacidade de armazenamento de carga e limite de inje- ção de carga.

[0073] A espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e a voltametria cíclica (CV) foram realizadas com uma estação de trabalho eletroquímica CHI 660E (CH Instruments) em solução salina tampona- da com fosfato (PBS, pH 7,4, Sigma-Aldrich) em temperatura ambien- te. Um sistema de célula de três eletrodos foi empregado com a amos- tra de teste como eletrodo de trabalho, uma folha de platina como con-

tra-eletrodo e Ag|AgCl como eletrodo de referência. As CVs foram re- gistradas entre as tensões de -0,2 e 0,8 V a taxas de varredura de 10 a 50.000 mV/s. Cada amostra foi testada por 3 a 5 ciclos, e a capaci- dade de armazenamento de carga catódica foi calculada a partir da integração da corrente ao longo do tempo registrada no último ciclo a uma taxa de varredura de 100 mV/s. Varreduras de -1,6 a 1,6 V foram realizadas para determinar a janela de água (por exemplo, limiar para eletrólise) dos eletrodos de GF-Pt-PC, e os potenciais de oxidação e redução da água foram determinados quando os picos de corrente agudos foram detectados. A EIS foi realizada entre frequências de 1 a 104 Hz, e a impedância específica foi calculada em 103 Hz.

[0074] O Painel A da Figura 3 ilustra o módulo de impedância dos microeletrodos. Um eletrodo feito de fio de Pt de diâmetro semelhante com microfibras também foi fabricado e testado como controle. A aná- lise EIS mostrou que a impedância dos microeletrodos de grafeno era ~2 ordens de magnitude menor do que o eletrodo de Pt na faixa de frequências testada (1 Hz a 10 kHz, Painel A). Particularmente, a im- pedância em 1 kHz foi mais de 50 vezes menor do que o eletrodo de Pt (~ 50kΩ vs ~ 300kΩ). Essa grande redução na impedância dos mi- croeletrodos de grafeno foi como resultado do aumento da área de su- perfície disponível de folhas de grafeno totalmente ordenadas e sepa- radas. Além disso, a impedância dos microeletrodos modificados de Pt (a 1 kHz) foi ~ 5 e ~ 300 vezes menor do que os microeletrodos de grafeno puro e de Pt, respectivamente. A adição de uma fina camada de Pt na microfibra de grafeno (como coletor de corrente) resultou em um forte efeito sinérgico levando a um microeletrodo híbrido robusto e superior com impedância inferior.

[0075] O Painel B da Figura 3 ilustra o ângulo de fase da impe- dância dos microeletrodos. Em um eletrodo idealmente polarizável du- rante a estimulação, a carga passada seria completamente atribuída à capacitância e não a qualquer reação farádica. O atraso de fase dos microeletrodos, conforme ilustrado no Painel B da Figura 3, indica que a interação eletroquímica na ponta exposta é controlada por um pro- cesso de carga-descarga capacitiva sobre a camada dupla da ponta do microeletrodo (um processo controlado por adsorção).

[0076] O Painel C da Figura 3 ilustra as CVs dos microeletrodos a 10 mV/s em solução PBS. CV é uma técnica simples e rápida para medir a capacitância e os componentes faradaicos em uma interface eletrodo-solução. O Painel C da Figura 3 compara a voltametria cíclica (CV) de diferentes eletrodos preparados neste exemplo. Embora am- bos os microeletrodos baseados em grafeno apresentassem curvas de CV quase retangulares, a corrente do microeletrodo modificado com Pt foi significativamente maior do que outros eletrodos. Essa melhoria foi devido à integração de alta condutividade do revestimento de Pt jun- tamente com a alta área de superfície do eletrodo de GO que permite a difusão efetiva de íons eletrolíticos, seguido por uma transferência de elétrons fácil através da camada de Pt. Além disso, a capacidade de armazenamento de carga catódica do microeletrodo de GO modifi- cado com Pt, calculada a partir da CV, foi de 946 ± 140 mC/cm2, um valor de ~ 3 ordens de magnitudes maior do que o eletrodo de Pt e ~ 2 vezes maior do que as microfibras de grafeno não modificadas.

[0077] O Painel D da Figura 3 ilustra a janela de água de microele- trodos, e o painel E da Figura 3 ilustra o teste de transiente de tensão de microelectodos. E o painel F da Figura 3 ilustra uma comparação da capacidade de injeção de carga, impedância específica e área ge- ométrica de um microeletrodo construído de acordo com os métodos descritos neste documento em comparação com eletrodos de interface neural relatados na literatura.

[0078] Em particular, a medição do transiente de tensão foi reali- zada em uma configuração de dois eletrodos em solução de PBS (pH

7,4, Sigma-Aldrich) em temperatura ambiente. Um pulso de corrente bifásico primeiro catódico simétrico com carga balanceada com largura de 100 μs, potencial de circuito aberto de interfase de 20 μs e curto- circuito de 2,78 ms a 250 Hz foi gerado por um estimulador digital DS800 e unidades isoladoras A365 (World Precision Instruments). A forma de onda da tensão através do microeletrodo ativo em resposta ao pulso de corrente aplicado foi registrada com um sistema e-corder (eDAQ). O potencial máximo de polarização negativa (Emc) foi calcu- lado subtraindo a tensão de acesso inicial (Va) do transiente de tensão total. A capacidade de injeção de carga foi determinada quando Emc atingiu o limite de redução de água a partir da seguinte equa- ção: em que Qinj é a capacidade limite de injeção de carga, Ic é o pulso de corrente aplicado, tc é a largura do pulso e GSA é a área de superfície geométrica.

[0079] A estimulação elétrica inicia uma resposta funcional despo- larizando as membranas das células excitáveis, que é obtida pelo fluxo de corrente iônica entre os eletrodos. As medições de transiente de tensão foram feitas para determinar os valores máximos de polariza- ção positiva e negativa através da interface eletrodo-eletrólito e esti- mar a carga máxima que pode ser injetada em um pulso de estimula- ção sem exceder o limite de eletrólise da água. O potencial é varrido por uma ampla janela para obter a faixa de tensão onde o eletrodo, o eletrólito e a água não são oxidados nem reduzidos. Para garantir a polarização segura do microeletrodo durante a estimulação, uma CV do microeletrodo foi registrada varrendo o potencial entre os limites de tensão de -1,6 V a 1,6 V (vs. eletrodo de Ag/AgCl). Em sistemas bioló- gicos, essa faixa de potencial é amplamente determinada pela oxida- ção e redução da água (janela de água). A janela de água foi limitada pelas tensões de oxidação e redução da água, indicadas por um au- mento acentuado na corrente. Neste exemplo, a janela de água de mi-

croeletrodos baseados em GF foi encontrada entre -1,0 V a 0,9 V (Painel D da Figura 3). A porção superior do Painel E da Figura 3 mos- tra um pulso de corrente bifásico de entrada típico (300 μA e 20 μs de atraso). A resposta de excursão de potencial (ver porção inferior do Painel E da Figura 3) ao pulso de corrente mostra uma mudança inicial rápida no potencial, conhecida como tensão de acesso (Va = -1,35 V), devido à resistência ôhmica do eletrólito, seguido por uma tensão de polarização lentamente crescente (Vp = -0,90 v), que é devido ao car- regamento da interface eletrodo/eletrólito. A Vp foi calculada subtrain- do a Va da tensão negativa máxima no transiente (Vt = -2,25 V).

[0080] A tensão de polarização da fase um do pulso bifásico foi utilizada para determinar o limite de injeção de carga e obtida aumen- tando-se continuamente a amplitude da corrente até que a tensão de polarização atingisse 1,0 V. A capacidade de injeção de carga foi cal- culada em Vp = 0,90 V, antes do potencial de redução da água (Painel E da Figura 3), como sendo 10,34 ± 1,5 mC/cm2 no eletrodo de GF-Pt, um valor ~3 ordens de magnitudes superior a Pt e ~2 vezes maior do que as microfibras de grafeno não modificadas.

[0081] A capacidade de injeção de carga do microeletrodo de GF- Pt foi significativamente maior do que todos os materiais de eletrodo mais bem relatados; incluindo, mas não se limitando a, Pt, fibras de nanotubos de carbono, revestimentos de polímero condutor, nitreto de metal e óxidos, conforme apresentado no Painel F da Figura 3. O efei- to sinérgico das folhas de grafeno ordenadas com baixa resistividade elétrica da camada de Pt resultou nessa notável capacidade de injeção de carga juntamente com um desempenho eletroquímico significativa- mente aprimorado.

CARACTERIZAÇÕES DE DURABILIDADE

[0082] A Figura 4 ilustra a durabilidade dos eletrodos construídos de acordo com os métodos descritos no presente documento. Com o tempo, os eletrodos implantados cronicamente são afetados adversa- mente pela degradação do material e pela delaminação dos revesti- mentos isolantes, tais como o parileno, que contribuem para a falha do dispositivo. A longevidade dos microeletrodos de GF-Pt foi testada usando voltametria cíclica em solução PBS. O painel A da Figura 4 mostra uma imagem SEM representativa de um microeletrodo após

1.000 ciclos eletroquímicos a uma taxa de varredura de 50 mV/s. Con- forme ilustrado, a ponta do eletrodo não mostrou nenhuma degrada- ção do grafeno ou delaminação do parileno perceptíveis. O revesti- mento de parileno geralmente se desprende dos eletrodos rígidos sub- jacentes, tais como Pt e silício. No entanto, no presente documento, a forte adesão interfacial entre as microfibras de parileno e grafeno, jun- tamente com a flexibilidade e maciez da fibra subjacente, resultou em uma estabilidade notável do revestimento de parileno.

[0083] O Painel B da Figura 4 confirma que não houve alteração perceptível no desempenho eletroquímico durante o teste de estabili- dade prolongado.

[0084] Além disso, a estabilidade das microfibras de grafeno e dos microeletrodos foi avaliada em relação à flexão repetida e imersão pro- longada em solução de PBS (como ilustrado nos Painéis C, D, E e F da Figura 4). Em particular, o Painel C da Figura 4 demonstra que as microfibras de grafeno mostram excelente estabilidade ao longo do teste de ciclo de flexão, uma vez que não houve nenhuma diferença óbvia na condutância entre eletrodos de fibra de GF-Pt retos e flexio- nados (105,2 ± 2,7 vs 104,4 ± 3,7 S/cm), nem após flexionar 200 vezes (105,2 ± 2,7 vs 102,7 ± 2,5 S/cm). Além disso, o Painel D da Figura 4 ilustra que, mesmo após imersão em PBS por 2 semanas, apenas ~8% de perda de condutividade foram observados. Os microeletrodos também podem manter 77,6% e 52,2% da capacidade de armazena- mento de carga após testes de fadiga e durabilidade muito difíceis en-

volvendo 200 vezes consecutivas de dobra em 360° (Painel E da Figu- ra 4) e 2 semanas de imersão em PBS (Painel F da Figura 4), respec- tivamente.

[0085] O desempenho eletroquímico dos eletrodos de interface neural do Exemplo 1, que incluem um microeletrodo construído de acordo com as modalidades da presente divulgação, pode ser resumi- do da seguinte forma: Material Área de su- Impedân- Impedân- Capacidade Capacida- perfície ge- cia (kΩ a cia especí- de armaze- de de inje- ométrica 1kHz) fica (MΩ namento de ção de car- (μm2) μm2) carga ga 2 (mC/cm ) (mC/cm2) Fibra de 169 ± 25 50 ± 7,5 19,5 ± 2,9 798 ± 110 8,7 ± 1,3 grafeno (GF) Fibra re- 10 ± 1,3 11 ± 1,5 946 ± 140 10,5 ± 1,5 vestida de Pt (GF-Pt) IMPLANTAÇÃO CIRÚRGICA (IN-VIVO) E REGISTRO DA ATIVIDADE

NEURAL

[0086] Em conexão com o Exemplo 1, eletrodos construídos de acordo com a presente divulgação foram implantados cirurgicamente em ratos.

[0087] Todos os procedimentos foram realizados de acordo com um protocolo de uso de animais 15-19 aprovado pelo Comitê Instituci- onal de Cuidado e Uso de Animais da Universidade do Texas em Dal- las no dia 6 de janeiro de 2017. Um rato Long-Evans foi selecionado para este estudo, e o alvo estava dentro do córtex motor na região as- sociada ao controle da pata dianteira esquerda. O animal foi anestesi- ado com isoflurano a 2% misturado a oxigênio, seguido da administra- ção intraperitoneal de uma coorte composta por cetamina (65 mg/kg), xilazina (13,33 mg/kg) e acepromazina (1,5 mg/kg). O animal foi mon-

tado em um instrumento estereotáxico para animais pequenos Kopf Modelo 900 (David Kopf Instruments, CA, Estados Unidos). Dexame- tasona (2 mg/kg) foi administrada por via subcutânea sobre os ombros para reduzir a resposta inflamatória e foi seguida pela administração subcutânea de lidocaína 0,5% (0,16 cm³) diretamente sob o local da incisão no couro cabeludo. Depois de expor o crânio, uma craniotomia de 2,0 mm por 2,0 mm foi criada com um centro em nossas coordena- das iniciais de implantação de 2,5 mm rostral e 2,5 mm lateral do bregma. A dura-máter na área foi refletida usando uma picareta de du- ra-máter seguido por microtesouras para expor a superfície do córtex. Toda a área foi mantida sob líquido com aplicação frequente de solu- ção tamponada de fosfato fisiológico estéril de pH 7,4.

[0088] Cinco implantes foram selecionados para este estudo de prova de conceito. O primeiro implante consistia em um feixe de quatro microeletrodos de 40 μm de diâmetro compostos por fibras grafíticas revestidas com uma fina camada de platina e encapsuladas com iso- lamento de Parileno-C (GF-Pt-PC). O segundo microeletrodo consistia em um único condutor de fibra grafítica de 40 μm de diâmetro encap- sulado com isolador de Parileno-C (GF-PC). O terceiro microeletrodo era um único microeletrodo de GF-Pt-PC de 40 μm de diâmetro. Os dois microeletrodos finais consistiam em um GF-PC e um GF-Pt-PC com 20 μm de diâmetro.

[0089] O feixe de quatro microeletrodos foi carregado em um mi- croposicionador hidráulico Modelo 2650 (David Kopf Instruments, CA, Estados Unidos) no suporte de microeletrodo. As pontas do feixe de fios de microfibra foram abaixadas até entrarem em contato com a su- perfície cortical nas coordenadas de implantação, o contador de dis- tância no microposicionador foi zerado e o dispositivo foi abaixado ao córtex motor a uma velocidade de 1.000 μm/s.Se o fio começava a empenar, o implante era interrompido imediatamente e a velocidade reduzida para 100 μm/s. Uma agulha hipodérmica de aço inoxidável estéril foi inserida na cauda do rato para servir como contra-eletrodo. A profundidade ideal de implantação foi de 1.500 μm.

[0090] Cada registro agudo foi realizado por pelo menos 10 minu- tos usando um OmniPlex D Neural Data Acquisition System (Plexon Inc., TX, Estados Unidos). Se nenhuma unidade neural era adquirida, aumentamos a profundidade de implantação em 200 μm e realizamos outro registro. Continuamos a aumentar a profundidade de implanta- ção até que um registro bem-sucedido com unidades individuais fosse adquirido ou o implante de fio atingisse uma profundidade máxima de

2.000 μm. Após o registro, o fio/feixe de microfibra foi explantado com- pletamente do cérebro, o microposicionador foi desinfetado com iso- propanol e outro fio foi carregado no micromanipulador. Cada microe- letrodo de microfibra adicional foi implantado em locais separados, com a segunda posição do implante localizada a 200 μm rostral do lo- cal inicial do implante. O terceiro microeletrodo foi implantado 200 μm lateral do segundo local, com o próximo a 200 μm caudal do terceiro local e os últimos 100 μm do terceiro. Procedimentos de registro idên- ticos foram seguidos para todos os microeletrodos subsequentes. Após a investigação, o rato foi sacrificado com uma overdose de vapor de isoflurano a 5%, que foi aplicada até que ocorresse a parada respi- ratória.

[0091] Os registros de banda larga obtidos do OmniPlex D foram adicionalmente processados usando o software Offline Sorter da Ple- xon. Os sinais de banda larga foram filtrados usando um filtro Butter- worth de 4ª ordem com um corte localizado em 550 Hz e referencia- mento de modo comum foi usado para eliminar o ruído. O limiar para selecionar unidades individuais foi definido como 3σ da altura do pico com a duração da forma de onda de 1.500 ps. As formas de onda classificadas a partir do cruzamento de limiar foram adicionalmente avaliadas usando o algoritmo Valley-Seeking integrado do software. O envelope de ruído foi obtido definindo o limiar em ± 3σ do sinal original e removendo os segmentos da forma de onda 250 ms antes e 750 ms após o cruzamento do limiar. A amplitude média das formas de onda de unidade única foi determinada pela maior deflexão negativa em re- lação a zero cruzamento. A razão sinal-ruído (SNR) relatada foi calcu- lada em decibéis usando a seguinte fórmula:

[0092] Para demonstrar registros neurais de prova de conceito in vivo, primeiro um único microeletrodo foi implantado no córtex cerebral de ratos adultos. Microeletrodos em escala celular (20 μm a 40 μm) contendo folhas de grafeno totalmente ordenadas nos forneceram ro- bustez mecânica e afiação suficientes para serem inseridos e posicio- nados com precisão para registrar sinais neurais por um total de dez minutos. O Painel A da Figura 5 mostra uma imagem do microeletrodo implantado. Além disso, o teste in vivo usou uma matriz de quatro mi- croeletrodos expostos na ponta, alinhados e colados uns aos outros a aproximadamente 1 mm entre as pontas dos fios (conforme ilustrado no Painel B da Figura 5). Antes dos testes in vivo, a CV de cada mi- croeletrodo individual foi registrada (conforme ilustrado no Painel C da Figura 5) para confirmar um desempenho eletroquímico adequado. Ao inserir os microeletrodos em feixe, apenas 3 dos 4 microeletrodos indi- viduais penetraram no córtex motor. O quarto microeletrodo empenou e, subsequentemente, não entrou no cérebro, por isso foi eliminado do registro. Dos três microeletrodos penetrantes, dois mostraram ativida- de de unidade única a uma profundidade de feixe de 1.500 μm medida a partir da superfície do córtex. O Painel D da Figura 5 mostra 10 se- gundos de sinais elétricos filtrados em filtro passa-alta de 550 Hx obti- dos de dois dos microeletrodos em feixe de GF-Pt-PC inseridos 1,5 mm no córtex motor de um rato Long Evans na localização de 2,5 mm rostral e 2,5 mm lateral do bregma. O Painel E da Figura 5 mostra

1.543 sinais de unidade única obtidos ao longo de 10 minutos de tem- po de registro de um dos microeletrodos implantados de GF-Pt-PC. A linha escura no centro das formas de onda representa o sinal de uni- dade única médio que tem uma amplitude de -70,2 μV e um valor de pico a pico de 130,5 μV. As unidades do segundo eletrodo ativo (não mostrado) têm um formato semelhante com uma amplitude média li- geiramente inferior de -54,3 μV com um valor de pico a pico de 89,7 μV. As SNR para os dois microeletrodos são 7,10 dB e 4,43 dB.

[0093] Conforme ilustrado na Figura 6, um microeletrodo de GF-Pt único adicional foi implantado a uma profundidade de 1.500 μm da su- perfície cortical e comparado com um microeletrodo apenas de GF im- plantado a uma profundidade de 2.000 μm. Os sinais obtidos a partir dos microeletrodos únicos produziram formas de onda de unidade úni- ca que eram semelhantes em forma e duração em comparação com os microeletrodos em feixe mostrados na Figura 5. O microeletrodo de GF-Pt exibiu duas unidades únicas de amplitudes de -75,2 μV e -69,3 μV, tensões pico a pico de 183,4 μV e 123,6 μV e razão sinal-ruído (SNR) de 9,2 dB e 8,4 dB, respectivamente. Todos os nossos sinais de microeletrodo de GF-Pt demonstraram sinais de registro que são maio- res do que os relatados anteriormente. Por outro lado, o microeletrodo somente de GF apresentou um desempenho mais fraco. Embora pos- suísse uma amplitude de sinal de -93,9 μV e uma tensão pico a pico de 146,4 μV, o ruído era consideravelmente maior, o que levou a uma SNR reduzida de 3,0 dB.

[0094] Consequentemente, as matrizes de microeletrodos à base de fibra de grafeno robustas, flexíveis e independentes com um reves- timento de platina extremamente fino demonstram microeletrodo de registro neural de alto desempenho com baixa impedância, área de superfície alta e uma alta capacidade de injeção de carga. Estudos in vivo mostram que microeletrodos implantados no córtex cerebral de rato podem detectar a atividade neuronal com uma razão sinal-ruído (SNR) notavelmente alta.

[0095] Nanotubos de carbono e grafeno foram demonstrados com sucesso como uma plataforma alternativa a outros materiais conduto- res usados como dispositivos de implante neural, tais como platina, irídio, nitreto de titânio e óxido de irídio, para capturar sinais neurais de forma eficaz. Os experimentos de exemplo demonstraram a capacida- de das microfibras de grafeno modificadas com platina para capacida- de de registro de unidade única com alta razão sinal-ruído. Além disso, as unidades registradas capturadas por esses eletrodos não foram di- ferentes daquelas relatadas com outras plataformas pequenas de mi- croeletrodos.

[0096] A Figura 7 fornece imagens SEM de seções transversais de várias fibras e ilustra que as fibras com diâmetros maiores tendem a formar vazios maiores durante a tentativa, devido a um encolhimento maior do que as fibras menores.

[0097] A Figura 8 fornece um gráfico de barras que ilustra a con- dutividade da fibra de grafeno fina com diferentes espessuras de re- vestimento de Pt.

[0098] A Figura 9 ilustra um processo de fabricação de microele- trodos com revestimento de Pt (GF-Pt-PC) e sem revestimento de Pt (GF-PC). Conforme ilustrado na Figura 9, opcionalmente, uma fibra de grafeno (GF) 901 pode ser revestida com platina, formando assim um microeletrodo com revestimento de Pt (GF-Pt) 909. A GF ou GF-Pt po- de ser ligada a um fio de prata conforme ilustrado nas etapas 903 e 911, respectivamente. Além disso, o revestimento de parileno pode ser aplicado nas etapas 905 e 913, respectivamente. Além disso, como ilustrado nas etapas 907 e 915, as pontas de cada microeletrodo são expostas e o Parileno C nas pontas do fio de prata é removido para conexão.

[0099] A Figura 10 fornece imagens de microscópio óptico de GF- Pt. Conforme ilustrado, a GF-Pt é muito flexível e pode ser facilmente amarrada 1001 e 1003 entrelaçada.

[00100] A Figura 11 fornece caracterização eletroquímica adicional de um eletrodo construído de acordo com a divulgação neste docu- mento. Em particular, o Painel A da Figura 11 fornece medição de CV de GF-Pt-PC para determinar o comportamento dinâmico sobre a ca- mada dupla de grafeno. Além disso, o painel B da Figura 11 ilustra que a corrente de pico é linearmente dependente da taxa de varredura em baixa taxa de varredura com equação de regressão linear como y = 3,2659 * 10-8 + 3,0127x (R2 = 0,980), sugerindo um processo de GF- Pt-PC controlado por adsorção de superfície. Além disso, o Painel C da Figura 11 ilustra que a corrente de pico é linearmente dependente da raiz quadrada da taxa de varredura em alta taxa de varredura com equação de regressão linear como y = -1,6698 * 10-8 + 5,4659x (R2 = 0,999), sugerindo um processo controlado por difusão.

[00101] A Figura 12 fornece um instantâneo do processo de registro quando uma única unidade foi implantada no córtex cerebral de ratos adultos. Conforme ilustrado, um usuário pode usar uma interface gráfi- ca de usuário 1201 para selecionar registros de um eletrodo específico

1203. Além disso, a interface gráfica de usuário 1201 pode permitir que um usuário visualize uma forma de onda 1205, agrupamentos de dados de forma de onda 1207, informações de canal de eletrodo 1209, uma linha do tempo 1211 e a forma de onda 1213.

[00102] A Figura 13 ilustra o Registro Neural Cortical in vivo usando quatro eletrodos de matriz. Conforme ilustrado, os eletrodos podem ser inseridos nas camadas 3 a 6 do cérebro. Quatro formas de onda, uma para cada eletrodo, podem ser registradas 1303, 1305, 1307 e

1309. Uma forma de onda composta 1301 pode ser determinada.

[00103] A Figura 14 ilustra um registro da atividade endógena do nervo esplênico evocado pela administração de nitroprussiato (NPS), uma molécula que reduz a pressão arterial. Conforme ilustrado, o ele- trodo de fibra de grafeno, feito de acordo com a divulgação aqui des- crita, é capaz de registrar a atividade neural espontânea de uma das ramificações terminais do nervo esplênico. Conforme ilustrado no pai- nel 1401, o teste envolve o registro da atividade de linha de base por 2 min. Em seguida, é administrada uma injeção intravenosa de nitro- prussiato (NPS), um vasodilatador que reduz a pressão arterial (a seta verde mostra o horário da injeção). Aproximadamente 1 minuto após a injeção, uma atividade neural de alta amplitude é registrada a partir do eletrodo de grafeno (traços verticais brancos). A análise off-line mostra duas formas de onda específicas naquela atividade evocada. É ilustra- da uma forma de onda em 1403 que apareceu 367 vezes após o NPS, com alta incidência antes de 1.000 segundos e frequências relativa- mente baixas, e a outra forma de onda ilustrada em 1409 observou 52 vezes que apareceu em frequências mais baixas. Também é ilustrado o sinal do espectro de potência 14-7 e 1413 e a frequência 1405 e 1411, respectivamente. A Figura 14 demonstra a capacidade de regis- trar sinais neurais fisiológicos relevantes no baço usando o eletrodo de fibra de grafeno enrolado em torno desse nervo de tamanho pequeno (60 a 80 micrômetros).

[00104] A Figura 15 ilustra o registro da atividade nervosa, evocada com um eletrodo de gancho em tensão crescente, usando o eletrodo de fibra de grafeno. Em particular, o registro é de potenciais de ação compostos do nervo esplênico evocados por estimulação elétrica em tensões crescentes (1,2, 1,4, 1,6, 1,8 e 2 V) 1501 aplicadas ao nervo vago usando um eletrodo de gancho comercial (setas). Duas formas de onda distintas foram identificadas no nervo esplênico usando os eletrodos de fibra de grafeno, uma mostrada no painel superior 1505 e a outra no painel inferior 1507; que apareceram em números crescen-

tes em resposta aos estímulos de tensão mais alta 1503. Esses dados confirmam a capacidade dos eletrodos de fibra de grafeno construídos de acordo com a presente divulgação para registrar sinais neurais em pequenos nervos.

[00105] A Figura 16 ilustra o engatamento de um eletrodo de grafe- no-Pt a uma pequena ramificação terminal do nervo esplênico ligando o eletrodo de fibra de grafeno-Pt aos plexos esplênicos para registrar ou estimular a atividade nervosa. 1601 é uma fotografia do baço de um rato ligeiramente levantado 1605 para visualizar as pequenas ramifica- ções terminais (inserção 1603). Uma ampliação maior da ramificação é mostrada no 1603 à direita, onde um vaso sanguíneo é visto com al- gumas células de gordura na parte inferior. É sabido que uma rede (is- to é, plexos) de nervos envolve o vaso sanguíneo e traz o controle neural ao baço. A fotografia na Figura 16 também mostra um eletrodo de fibra de grafeno 1607 (feito de acordo com a presente divulgação aqui descrita) que é enrolado em torno do vaso sanguíneo/plexos para registrar a atividade neural.

[00106] A Figura 17 ilustra diferentes formas de onda que represen- tam vários tipos de atividade neural registradas a partir dos plexos es- plênicos terminais usando um eletrodo de grafeno-Pt de acordo com a presente divulgação. Nove formas de onda diferentes registradas com o eletrodo de fibra de grafeno são ilustradas.

[00107] A Figura 18 ilustra as capacidades de estimulação elétrica para eletrodos de fibra de grafeno conforme feitos pela descrição no presente documento. Dois eletrodos de fibra de grafeno foram inseri- dos no nervo ciático do rato, um serve como cátodo e o outro como ânodo. Um trem de pulsos elétricos foi aplicado através dos eletrodos de fibra de grafeno e a atividade evocada registrada de um segmento mais proximal usando um eletrodo de gancho. A figura mostra que com o aumento dos pulsos elétricos 1801 (setas amarelas) fomos ca-

pazes de recrutar três tipos diferentes de sinais neurais, cada um de diferentes populações neuronais, mostrados em 1803, 1805, corres- pondendo a três formas de onda diferentes 1807. Esses dados confir- mam que os eletrodos de fibra de grafeno da presente divulgação são capazes de evocar atividade neural específica por meio de estimula- ção elétrica. EXEMPLO 2

FABRICAÇÃO DE ELETRODO

[00108] De acordo com as técnicas descritas no presente documen- to, eletrodos de fibra de grafeno com um diâmetro de 20 micrômetros, eletrodos de fibra de grafeno revestidos com platina com um diâmetro de 20 micrômetros, eletrodos de fibra de grafeno com um diâmetro de 40 micrômetros e eletrodos de fibra de grafeno revestidos com platina e tendo um diâmetro de 40 micrômetros foram fabricados.

[00109] A Figura 19 ilustra a resistência para os quatro tipos de ele- trodos de fibra de grafeno em vários comprimentos de fibra. Conforme ilustrado, a resistividade aumenta com o aumento do comprimento da fibra.

CARACTERIZAÇÃO ELETROQUÍMICA

[00110] A Figura 20 fornece a caracterização eletroquímica de vá- rios microeletrodos feitos de Pt, microfibras de grafeno e microfibras de grafeno revestidas de Pt (D = 20 e 40 μm). O Painel A da Figura 20 fornece impedância de módulo dos microeletrodos. O Painel B da Fi- gura 20 fornece o ângulo de fase da impedância dos microeletrodos. O Painel C da Figura 20 fornece CVs dos microeletrodos a 10 mV s-1 em solução PBS. O Painel D da Figura 20 fornece a janela de água dos microeletrodos. O Painel E da Figura 20 fornece teste de transiente de tensão dos microeletrodos. O Painel F da Figura 20 fornece uma com- paração da capacidade de injeção de carga, impedância específica a 1 kHz e área geométrica dos microeletrodos modificados com eletrodos de interface neural convencionais.

[00111] As caracterizações eletroquímicas foram realizadas de acordo com as técnicas discutidas acima em relação ao Exemplo 1.

CARACTERIZAÇÃO DE DURABILIDADE

[00112] A Figura 21 ilustra a caracterização da durabilidade eletro- química dos microeletrodos modificados (GF-Pt-PC-40). Em particular, os Painéis A e B da Figura 21 ilustram imagens SEM de seção trans- versal de um microeletrodo modificado típico antes (Painel A) e depois (Painel B) de 1.000 ciclos de CV a uma taxa de varredura de 50 mV s- 1 , mostrando alta estabilidade dos microeletrodos. O Painel C da Figu- ra 21 mostra CV prolongada dos microeletrodos modificados, 1.000 ciclos a uma taxa de varredura de 50 mV s-1. O Painel D da Figura 21 mostra a estabilidade de pulso prolongada dos microeletrodos modifi- cados. O Painel E da Figura 21 mostra a condutividade elétrica das microfibras de grafeno modificadas após sucessivos ciclos de flexão, 0 se refere à fibra reta, enquanto 1 se refere à fibra que foi flexionada em 360°. O Painel F da Figura 21 mostra a condutividade elétrica das microfibras de grafeno modificadas após imersão prolongada em PBS. Os Painéis G e H da Figura 21 mostram a CV dos microeletrodos mo- dificados após flexão sucessiva e imersão prolongada em PBS, res- pectivamente. O número de repetições é de quatro testes independen- tes.

[00113] As caracterizações de durabilidade foram realizadas de acordo com as técnicas discutidas acima em relação ao Exemplo 1. EXEMPLO 3: REGISTROS DE UNIDADE ÚNICA DE NEURÔNIOS DO SISTEMA NERVOSO CENTRAL E PERIFÉRICO USANDO ELE-

TRODOS DE GRAFENO

[00114] A interface do sistema nervoso para decodificar a atividade funcional ou para estimular eletricamente para modular essa função tem uma série de aplicações científicas e médicas. Os materiais usa-

dos no projeto de interfaces neurais devem ter baixa impedância com alta razão sinal-ruído (SNR) para permitir o registro sensível da ativi- dade de uma única unidade e alta capacidade de armazenamento de carga (CSC) para estimulação neural eficaz e segura. Microeletrodos são comumente fabricados em silício com eletrodos de platina (Pt), Pt/irídio e óxido de irídio. No entanto, o micromovimento das hastes de silicone implantadas no tecido nervoso mole exacerba a resposta a corpo estranho e contribui para a eventual falha desses dispositivos. O uso alternativo de microeletrodos revestidos com nanotubos de carbo- no tem se mostrado promissor devido à sua biocompatibilidade e alta CSC (~372 mC/cm2) e baixa impedância (~20 MΩ), porém a rigidez das hastes metálicas e a delaminação do revestimento de nanotubo de carbono limitam o uso crônico desses eletrodos. A produção de fibras de grafeno a partir de dispersões líquido-cristalinas de óxido de grafe- no (LCGO) demonstrou excelentes características eletroquímicas e mecânicas. Eletrodos construídos de acordo com a presente divulga- ção são usados para registrar a atividade do cérebro e dos nervos pe- riféricos. Fibras simples e matrizes de múltiplos eletrodos foram im- plantados no córtex motor e nervo ciático de ratos adultos (n = 5). Os eletrodos registraram efetivamente unidades neuronais únicas, com excelente SNR. Juntos, os dados apoiam o uso de fibras de grafeno como eletrodos intraneurais para a interface neural da atividade do cé- rebro e dos nervos periféricos.

FABRICAÇÃO DE ELETRODO

[00115] A Figura 22 ilustra eletrodos de grafeno construídos de acordo com a presente divulgação. Os Painéis A e B ilustram fibras de grafeno de 20 a 40 micrômetros obtidas pela extrusão de LCGO em um banho de coagulação ácido, que foram subsequentemente revesti- das com Parileno C. Os Painéis C e D ilustram imagens de microsco- pia eletrônica de varredura das fibras de grafeno.

IMPLANTAÇÃO CIRÚRGICA (IN-VIVO) E REGISTRO DA ATIVIDADE NEURAL

[00116] Conforme ilustrado na Figura 23, eletrodos de grafeno fo- ram implantados no córtex motor ou nervo ciático de ratas adultas

2300. Em particular, multimatrizes de eletrodo de grafeno metalizado 2303 foram implantadas no córtex motor 2301. Além disso, um único eletrodo de grafeno metalizado 2307 foi implantado no nervo ciático

2309. Os sinais dos eletrodos de grafeno foram transmitidos para um sistema de registro 2305.

[00117] Conforme ilustrado na Figura 24, registros de unidade única 2400 foram registrados a partir do córtex motor. Multieletrodos foram implantados em diferentes profundidades do córtex motor e, como tal, os registros de unidade única foram obtidos de diferentes camadas corticais.

[00118] Conforme ilustrado na Figura 25, os registros do córtex mo- tor e do nervo ciático foram plotados usando um gráfico raster 2501, 2503 e ilustraram a atividade de três axônios independentes (como mostrado no gráfico PCA do Painel B da Figura 25). Além disso, o in- tervalo interpico 2507 foi plotado.

[00119] As Figuras 22 a 25 ilustram que microeletrodos de grafeno podem ser usados como interfaces de alto desempenho para o siste- ma nervoso central e periférico. Além disso, a aplicação de um reves- timento metálico nas fibras de grafeno transmite excelentes caracterís- ticas eletroquímicas ao material. Além disso, o projeto de matrizes de múltiplos eletrodos de fibras de grafeno representa uma alternativa pa- ra registrar várias unidades neuronais únicas com um desempenho de alta sensibilidade. EXEMPLO 4: ATIVIDADE INTRA E EXTRANEURAL NO NERVO VA-

GO REGISTRADA POR ELETRODOS DE FIBRA DE GRAFENO PLATINIZADA

[00120] A interface com o nervo vago (VN) permite aos pesquisado- res decodificar e modular sua atividade. As terapias clínicas aprovadas pela FDA com base na estimulação de VN incluem epilepsia e depres- são resistentes a medicamentos, e o nervo vago está atualmente sen- do investigado quanto a obesidade mórbida, zumbido e acidente vas- cular cerebral. O VN tem uma composição anatômica heterogênea (~80% aferentes e ~20% fibras eferentes) resultando em uma eletrofi- siologia funcional complexa que responde de maneira única a diferen- tes estímulos fisiológicos. Eletrodos convencionais para fazer a inter- face com o VN são fabricados com platina ou platina irídio e têm sen- sibilidade e capacidade de injeção de baixa carga (Qinj, ~ 0,05 a 0,26 mC/cm2) limitadas, enquanto eletrodos intraneurais fabricados com nanotubos de carbono mostraram-se promissores (CSC ~ 372 mC/cm2, 12,5 kΩ).

[00121] No Exemplo 4, fibras de grafeno platinizadas de alto de- sempenho obtidas a partir de dispersões líquido-cristalinas de óxido de grafeno, com excelentes características eletroquímicas (CSC e Qinj ~ 947 e ~ 46 mC/cm2 respectivamente), são implantadas no VN e para usá-las para registrar atividade eletrofisiológica evocada em ambas as configurações extraneural e intraneural durante: i) redução sistêmica na tensão de oxigênio, ii) diminuição da pressão arterial média induzi- da por tratamento com nitroprussiato intravenoso e iii) atividade evo- cada em resposta à estimulação de VN proximal usando um eletrodo em gancho de platina. As formas de onda de atividade específica e os padrões de atividade foram correlacionados aos tratamentos sobre as condições de linha de base com altas razões sinal-ruído (SNR ~ 4,3). Os dados suportam o uso de fibras de grafeno platinizadas como ele- trodos extraneurais e intraneurais para fazer a interface com o VN.

FABRICAÇÃO DE ELETRODO

[00122] O Painel A da Figura 26 ilustra as etapas de fabricação do eletrodo. Em particular, usando LCGO 2601 seguido por uma extrusão em um banho de coagulação 2603, as fibras de grafeno 2605 são de- senvolvidas, cortadas 2607, revestidas com metal (ou seja, platina) 2609, revestidas com um material isolante (ou seja, Parileno-C) para formar um microeletrodo de GF-Pt 2611. Uma imagem SEM do mi- croeletrodo é fornecida 2613.

CARACTERIZAÇÃO ELETROQUÍMICA

[00123] Os Painéis B, C e D da Figura 26 ilustram a espectroscopia de impedância 2615, ângulo de fase 2617 e voltametria cíclica de fi- bras de grafeno revestidas com PC (GF-Pt-PC) em 20 e 40 μm OD, em comparação com fios de Pt-PC 2619. IMPLANTAÇÃO CIRÚRGICA (IN-VIVO) E REGISTRO DA ATIVIDADE

NEURAL

[00124] A Figura 27 ilustra uma implantação cirúrgica de eletrodos construídos de acordo com modalidades da presente divulgação. Em particular, conforme ilustrado, os eletrodos são implantados em um rato fêmea adulto 2701. Os eletrodos de grafeno foram implantados extraneuralmente 2703 (ver painel B da Figura 27) ou intraneuralmente 2705 (ver painel C na Figura 27) no nervo vago (VN) cervical 2709. O rato 2701 foi oxigenado durante a cirurgia e procedimento de neuroes- timulação/neurogravação. Três técnicas foram utilizadas para evocar a atividade neural: estimulação do nervo vago (ENV), aplicação de nitro- prussiato e redução de oxigênio. A atividade elétrica do nervo vago 2709 foi registrada e fornecida aos pesquisadores 2711. O nitroprussi- ato foi administrado 2713 através da veia femoral do rato 2701. As medições de oxigenação e/ou medições de pressão arterial foram re- gistradas 2715 na artéria femoral.

[00125] A Figura 28 fornece um resumo dos resultados da configu- ração do teste in vivo descrita na Figura 27 e, mais particularmente, a atividade do nervo vago evocada por hipotensão devido ao nitroprus-

siato sistêmico. Em particular, o painel A ilustra medições de pressão sanguínea de linha de base da artéria femoral e registros de atividade neural de eletrodos de grafeno implantados no nervo vago. O Painel B da Figura 28 ilustra as medições da pressão arterial e os registros da atividade neural de eletrodos de grafeno implantados no nervo vago, evocados por hipotensão induzida. O Painel C ilustra a resposta da atividade neural à administração de nitroprussiato e lidocaína em um gráfico raster. Conforme ilustrado no Painel D, duas formas de onda separadas foram identificadas.

[00126] A Figura 29 ilustra a atividade evocada por estimulação elé- trica. Conforme mostrado nos gráficos superiores da Figura 29, a fre- quência e a amplitude dos potenciais de ação compostos aumentaram em função da intensidade. Conforme ilustrado no painel inferior, uma forma de onda e seu gráfico raster correspondente foram identificados.

[00127] A Figura 30 ilustra a atividade neural detectada por fibras de grafeno intraneurais implantadas no VN cervical de acordo com a presente divulgação. A restrição de oxigênio aumentou a amplitude da atividade elétrica neural. Um aumento correspondente na frequência foi observado no gráfico raster da forma de onda selecionada (painel inferior direito da Figura 30), que é representado no histograma de ta- xa (painel superior direito da Figura 30). O traçado inferior fornece uma indicação esquemática do tempo de redução de oxigênio de 2 a 0 L/min.

[00128] O Exemplo 4, conforme ilustrado pelas Figuras 26 a 30, demonstra que os eletrodos de fibra de grafeno platinizada podem ser usados como uma interface neural de alto desempenho, para registrar a atividade neuronal no VN cervical, tanto extra quanto intraneural- mente. As propriedades eletroquímicas desses eletrodos (baixa resis- tência e alta condutividade) permitiram identificar efetivamente unida- des nervosas simples e compostas com uma SNR ~ 4,3. A detecção efetiva da atividade elétrica evocada pela estimulação elétrica, dimi- nuição da pressão arterial e durante a redução do oxigênio, apoia o uso desses eletrodos como interfaces neurais autonômicas para deco- dificar a atividade elétrica nervosa pertinente à medicina bioeletrônica. EXEMPLO 5: MÉTODOS E APLICAÇÕES BIOELETRÔNICAS DE FI-

BRAS DE GRAFENO PLATINIZADAS A NERVOS PERIFÉRICOS FABRICAÇÃO DE ELETRODO

[00129] Conforme ilustrado no Painel A da Figura 31, microeletro- dos de fibra de grafeno revestidos com uma camada de ~200 nm de Pt e isolados com 2 μm de camada de Parileno-C (GF-Pt-PC) foram fa- bricados de acordo com o sistema e métodos aqui descritos. Os mi- croeletrodos de fibra de grafeno foram conectados a um fio de prata, conforme ilustrado no Painel B da Figura 31 e no Painel C da Figura

31. Imagens SEM dos microeletrodos de fibra de grafeno são apresen- tadas nos Painéis D e E da Figura 31, ilustrando uma maior flexibilida- de do que os microeletrodos convencionais. Eletrodos construídos de acordo com a presente divulgação podem ser usados como uma ma- triz de fibras diferentes, como um fio ou matrizes de múltiplos eletrodos de filamento.

CARACTERIZAÇÃO ELETROQUÍMICA

[00130] Conforme ilustrado na Figura 32, o revestimento das micro- fibras de grafeno com uma camada fina de Pt resultou em um forte efeito sinérgico levando a um microeletrodo híbrido robusto e superior com impedância de ~ 1 e ~ 3 ordens de magnitude menor do que os microeletrodos de microfibra de GF original e Pt, respectivamente. O revestimento de Pt aumenta significativamente a condutividade de 200 a 460 S/cm de uma fibra GF de 40 μm. Além disso, a capacidade de armazenamento de carga catódica do microeletrodo, calculada a partir da CV, foi de 946 mC/cm2, um valor ~ 3 ordens de magnitudes maior do que o eletrodo de Pt e ~ 2 vezes maior do que as microfibras de GF originais. IMPLANTAÇÃO CIRÚRGICA (IN-VIVO) E REGISTRO DA ATIVIDADE

NEURAL

[00131] As interfaces convencionais de nervos periféricos (PNIs) podem ser categorizadas com base em sua fabricação, sensibilidade e capacidade de invasão. Os eletrodos de manguito são PNIs implanta- dos circunferencialmente nos nervos periféricos e feitos de materiais flexíveis com projetos helicoidais, espirais, de cilindro dividido ou do- bráveis para se conformar à sua forma cilíndrica e contatos de metais tais como ouro, platina ou platina/irídio. Eletrodos de manguito tradici- onais fabricados com silicone são comumente usados devido à sua maciez (ou seja, módulo de Young na faixa de MPa) e estabilidade crônica, embora sua fabricação seja limitada principalmente a técnicas de moldagem e laminação. Infelizmente, esses dispositivos de mangui- to convencionais têm paredes relativamente grossas (por exemplo, 280 a 600 μm) necessárias para gerar forças de flexão suficientes para mantê-los fechados, o que causa uma resposta significativa a corpo estranho e fibrose epineural, afetando negativamente a sensibilidade da interface. Além disso, novas aplicações clínicas para a regulação da fisiologia de órgãos envolvida em afecções cardíacas, respiratórias, digestivas e urinárias, enfocam a neuromodulação de nervos periféri- cos autonômicos que são menores e compostos por menos axônios (ou seja, aproximadamente 600 axônios com média de 2,5 μm nos 60 a 80 μm do nervo do seio carotídeo de rato). Os alvos nervosos nes- sas afecções também têm um epinêurio mais fino, são formados prin- cipalmente por axônios amielínicos e, portanto, provavelmente mais suscetíveis a danos por dispositivos de neurointerface. O pequeno ta- manho do nervo desses alvos, sua natureza frágil e áreas restritas pa- ra implantação estão levando ao desenvolvimento de novos eletrodos implantáveis que são pequenos, flexíveis e com capacidade de injeção de carga suficiente para estimulação nervosa eficiente e segura.

[00132] Conforme ilustrado no Painel A da Figura 33, as fibras de GP-Pt divulgadas podem ser usadas como PNIs "sem manguito", uma vez que podem ser simplesmente amarradas em torno de 3301 do nervo 3305 e servir como eletrodos monopolares ou multipolares para registro e estimulação de nervos de qualquer tamanho, já que a fibra pode ser usada para dar um nó e assim fecha completamente. Isso permite que ela seja colocada firmemente sobre qualquer nervo, fascí- culo nervoso ou plexos nervosos e plexos neurovasculares. A sensibi- lidade dos eletrodos é tal que permite envolvê-los em pequenos ner- vos e detectar sua atividade.

[00133] Alternativamente, conforme ilustrado no Painel B da Figura 33, se as pontas forem afiadas, elas podem ser usadas individualmen- te ou como uma matriz 3303, para registrar ou estimular intravascu- larmente. Quando usados como eletrodos sem manguito, o segmento ao redor do nervo é desinsulado antes de ser colocado ao redor do nervo.

[00134] A Figura 34 ilustra a colocação de um eletrodo unipolar 3401 em torno do nervo vago 3403 e mostra o registro sensível do aumento da atividade do nervo evocado por hipóxia leve em 560uV pico a pico (Painel B da Figura 34), que é uma sensibilidade 9 a 18 vezes maior em comparação àquela relatada com fibras de nanotubos de carbono no mesmo nervo.

[00135] Em outras configurações, a fibra de Pt-Gph pode ser fixada a uma agulha descartável para sutura e usada para unir porções de tecido em pacientes. As suturas são tradicionalmente feitas de seda ou materiais sintéticos e não são condutoras.

[00136] Conforme ilustrado na Figura 35, em uma configuração se- parada, as fibras de GF-Pt podem ser usadas como eletrodos corticais para registro ou estimulação do tecido cerebral ou da medula espinhal.

As fibras de GP-Pt podem ser inseridas no tecido ou, no caso da me- dula espinhal, ser amarradas ao redor das raízes dorsais ou ventrais para interface sensorial e motora. A estimulação das raízes dorsais pode ser usada para controlar a dor. O painel A ilustrou uma fotografia de um eletrodo inserido no córtex cerebral de rato. O painel B da Figu- ra 35 ilustra um registro de unidade única de um neurônio cortical re- gistrado pelo eletrodo de GF-Pt.

[00137] Conforme ilustrado na Figura 36, as fibras de GF-Pt podem ser usadas também para registrar e estimular outro tecido, incluindo músculo esquelético, epi ou intramuscular. O Painel A da Figura 36 ilustra o uso de uma agulha 3601 onde a sutura de náilon 3603 é amarrada à GF-Pt. O Painel B da Figura 36 ilustra uma modalidade em que a fibra de GP-Pt é conduzida para dentro do músculo 3605.

[00138] As fibras de grafeno metalizadas descritas no presente do- cumento podem ser fabricadas usando. Alternativamente, ou adicio- nalmente, as fibras de grafeno metalizadas também podem ser produ- zidas por impressão 3D, extrusão, fiação úmida e semelhantes.

[00139] As fibras de grafeno metalizadas descritas no presente do- cumento podem ser usadas em conexão com qualquer músculo ade- quado. Por exemplo, podem ser usadas no coração como marca- passos ou para registro de arritmias, também podem ser usadas sobre a pele, para estimulação transcutânea ou subdérmica. A aplicação adicional inclui músculos faciais para o tratamento de ptose ou enxa- queca. Essa tecnologia também pode ser usada diretamente em ou- tros órgãos, incluindo estômago, fígado, rim e baço.

[00140] Em algumas configurações, as fibras de grafeno metaliza- das descritas no presente documento podem ser usadas para registros de cultura de células, biossensoriamento bioquímico, biossensoria- mento molecular e semelhantes. Por exemplo, fibras de grafeno não modificadas ou funcionalizadas podem ser usadas para medir a con-

centração extracelular de uma série de biomarcadores metabólicos e bioquímicos. Isso inclui espécies reativas de oxigênio, tais como peró- xido de hidrogênio e oxigênio, bem como vários neurotransmissores importantes, incluindo serotonina, dopamina, glutamato, ácido gama- aminobutírico. Os biomarcadores metabólicos incluem glicose, ácido cafeico e estradiol. Além disso, estes podem ser usados como bios- sensores únicos ou como matriz de sensor multifuncional e para uma ampla gama de amostras, incluindo soro, urina, suor, saliva e outros semelhantes.

[00141] Em algumas configurações, o eletrodo de fibra pode ser conectado a uma bateria ou a um sistema sem fio para registro ou es- timulação. Em outras modalidades, pode ser conectado a fontes de energia elétrica, térmica ou de radiofrequência e ser usado para de- tecção eletroquímica, incluindo a de dopamina. Eles também podem ser incorporados como um componente de outros dispositivos, incluin- do ser parte de uma estrutura nervosa, onde as suturas que mantêm a estrutura nervosa no lugar também são condutoras e podem fornecer estimulação elétrica para estimular a regeneração nervosa. Uma apli- cação adicional pode ser a colocação transcutânea dessas fibras para aplicações semelhantes às da acupuntura, com a vantagem de que essas fibras podem ser colocadas uma vez e acessadas conforme ne- cessário. Essas fibras de GP-Pt podem ser usadas para tratar afec- ções tratadas pela acupuntura e outras.

[00142] Em algumas modalidades, as fibras de grafeno platinizadas descritas no presente documento podem ser usadas para registrar e estimular vários tecidos e órgãos. Por exemplo, as fibras de grafeno metalizadas podem ser colocadas em outros órgãos, como o baço, rim e semelhantes. Em algumas modalidades, eletrodos construídos de acordo com a presente divulgação podem ser envolvidos em torno de vasos sanguíneos ou plexos neurovasculares para biossensoriamento ou neuromodulação. Além disso, os eletrodos podem ser implantados no interior, suturados através ou sobre os órgãos internos, incluindo, mas não se limitando a, coração, pulmões, estômago, fígado, baço, pâncreas e outros órgãos pélvicos.

[00143] Por exemplo, em algumas modalidades, a flexibilidade e a sensibilidade das fibras podem permitir a colocação desses eletrodos à base de fibra de grafeno em pequenos plexos neurovasculares no baço, rim e outros órgãos gástricos e pélvicos e gânglios semelhantes. Em particular, nas ramificações neurovasculares terminais do baço, as fibras de grafeno podem detectar diferentes tipos de atividade espon- tânea e evocada na forma de potenciais de ação compostos. A partir desses registros e evocação de sua atividade, por exemplo, a contri- buição de grupos específicos de tipos de fibras nervosas para os po- tenciais de ação compostos, incluindo fibras A-alfa, A-beta, A-gama, A- delta/B e C, pode ser estimada. Além disso, a estimulação do nervo esplênico pode ser usada para neuromodular a atividade fisiológica do baço, incluindo a liberação de citocinas inflamatórias, o que pode ser benéfico como uma abordagem médica bioeletrônica para doenças, incluindo artrite reumatoide e doença de Crohn e semelhantes.

[00144] Além disso, as modalidades divulgadas podem ser utiliza- das para a neuromodulação de gânglios somáticos e autônomos, in- cluindo, por exemplo, os gânglios nodosos, gânglios carotídeos e os gânglios mesentéricos e esplâcnicos e semelhantes. As fibras divulga- das podem ser inseridas diretamente em órgãos neurogênicos com redes neurais intrínsecas, tais como o coração ou o intestino, de modo a neuromodular diretamente sua atividade.

[00145] As fibras de grafeno platinizadas podem ser usadas como uma sutura condutiva implantável para interfaces neurais e neuromus- culares em aplicações crônicas. Por exemplo, as fibras de grafeno pla- tinizadas descritas podem ser usadas para registrar, estimular e/ou bloquear potenciais nas junções nervosas e neuromusculares, propor- cionando assim uma interface segura e de longo prazo com alta capa- cidade de carga de injeção, adaptabilidade para uma variedade de músculos e geometrias nervosas incluindo os complexos de vasos sanguíneos-plexo nervoso e alta sensibilidade do eletrodo.

[00146] As modalidades construídas de acordo com a presente di- vulgação podem ser usadas para estimular uma série de tecidos no corpo, incluindo nervos e músculos para a prevenção de atrofia mus- cular relacionada à idade, na reabilitação para recuperar movimentos em membros em pacientes paraplégicos e naqueles tratamentos que requerem estimulação elétrica pontual, tais como estimulação do nervo tibial e assoalho pélvico para o tratamento da incontinência urinária e estimulação dos músculos do joelho para osteoartrite. Além disso, mo- dalidades construídas de acordo com a presente divulgação também podem ser usadas como ligação bidirecional com dispositivos protéti- cos robóticos, neuromodulação periférica e aplicações de medicina bioeletrônica.

[00147] Por exemplo, um método de estimulação neural e/ou regis- tro neural pode incluir a etapa de implantar um eletrodo construído de acordo com a presente divulgação, in vivo em nervos que controlam órgãos internos, incluindo cérebro, coração, baço, fígado, rins e simila- res.

[00148] Em outro exemplo, um método de estimulação neural e/ou registro neural pode incluir a etapa de implantação de um eletrodo construído de acordo com a divulgação neste documento, in vivo dire- tamente em órgãos, incluindo cérebro, músculos do coração, tanto su- perficialmente quanto nos órgãos.

[00149] Em ainda outro exemplo, um método de implantação pode incluir a etapa de colocar um eletrodo construído de acordo com a pre- sente divulgação sobre o tecido, dentro do tecido ou suturado através ou sobre o tecido.

[00150] Opcionalmente, eletrodos construídos de acordo com a di- vulgação neste documento podem ser usados para estimular um con- junto de células eletricamente responsivas, incluindo neurônios e célu- las musculares, enviando uma corrente através de um ou múltiplos eletrodos implantáveis. Além disso, a atividade de células eletrogêni- cas, incluindo neurônios e células musculares, por meio dos eletrodos implantáveis construídos de acordo com as divulgações neste docu- mento.

[00151] Conforme usado na presente descrição e ao longo das rei- vindicações que se seguem, o significado de "um", "uma", "o" e "a" in- clui referência no plural, a menos que o contexto dite claramente o contrário. O termo "cerca de" associado a um valor numérico significa que o valor varia para cima ou para baixo em 5%. Por exemplo, para um valor de cerca de 100, significa 95 a 105 (ou qualquer valor entre 95 e 105).

[00152] Os termos usados no relatório descritivo geralmente têm seus significados comuns na técnica, dentro do contexto das composi- ções e métodos descritos neste documento e no contexto específico onde cada termo é usado. Alguns termos foram definidos mais especi- ficamente acima para fornecer orientação adicional ao profissional em relação à descrição das composições e métodos.

[00153] Todas as patentes, pedidos de patentes e outros escritos científicos ou técnicos referidos em qualquer lugar aqui são incorpora- dos por referência neste documento em sua totalidade. As modalida- des aqui descritas de forma ilustrativa podem ser praticadas na ausên- cia de qualquer elemento ou elementos, limitação ou limitações que não sejam divulgados especificamente neste documento. Assim, por exemplo, em cada caso aqui, qualquer um dos termos "compreenden- do", "consistindo essencialmente em" e "consistindo em" pode ser substituído por qualquer um dos outros dois termos, embora mantendo seus significados comuns. Os termos e expressões que foram empre- gados são usados como termos de descrição e não de limitação, e não há intenção de que, no uso de tais termos e expressões, se exclua quaisquer equivalentes dos recursos mostrados e descritos ou porções deles, mas se reconhece que várias modificações são possíveis dentro do escopo da invenção reivindicada. Assim, deve ser entendido que, embora a presente invenção tenha sido especificamente divulgada por modalidades, recursos opcionais, a modificação e a variação dos con- ceitos aqui divulgados podem ser utilizadas por aqueles versados na técnica, e que tais modificações e variações são consideradas como sendo dentro do escopo desta invenção conforme definido pela descri- ção e pelas reivindicações anexas.

[00154] Sempre que uma faixa é fornecida no relatório descritivo, por exemplo, uma faixa de temperatura, uma faixa de tempo ou uma faixa de composição ou concentração, todas as faixas intermediárias e subfaixas, bem como todos os valores individuais incluídos nas faixas fornecidas, devem ser incluídos na divulgação. Será entendido que quaisquer subfaixas ou valores individuais em uma faixa ou subfaixa que estão incluídos na presente descrição podem ser excluídos dos aspectos neste documento. Será entendido que quaisquer elementos ou etapas que estão incluídos na descrição neste documento podem ser excluídos das composições ou métodos reivindicados

[00155] Além disso, onde as características ou aspectos da inven- ção são descritos em termos de grupos Markush ou outro agrupamen- to de alternativas, aqueles versados na técnica reconhecerão que a invenção também é, assim, descrita em termos de qualquer membro individual ou subgrupo de membros do grupo Markush ou outro grupo.

[00156] Embora a presente divulgação tenha sido descrita em rela- ção a modalidades particulares da mesma, muitas outras variações e modificações e outros usos se tornarão aparentes para aqueles versa- dos na técnica.

É preferido, portanto, que a presente divulgação seja limitada não pela divulgação específica aqui, mas apenas pelas reivin- dicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Eletrodo implantável caracterizado pelo fato de que compreende: um núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas; um revestimento isolante que circunda o núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas; e uma camada de metal disposta entre o núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas e o revestimento isolante.

2. Eletrodo implantável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o núcleo de fibra de grafeno de múlti- plas camadas não inclui um material ligante.

3. Eletrodo implantável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o revestimento isolante é um revesti- mento à base de polímero.

4. Eletrodo implantável, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o revestimento isolante é Parileno-C.

5. Eletrodo implantável, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o revestimento isolante tem uma es- pessura entre cerca de 1 a 3 μm.

6. Eletrodo implantável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de metal é adjacente ao nú- cleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas e a camada de metal co- bre uma porção de superfície do núcleo de fibra de grafeno com encap- sulamento parcial do núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas.

7. Eletrodo implantável, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a camada de metal cobre cerca de me- tade da superfície do núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas.

8. Eletrodo implantável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de metal é adjacente ao nú- cleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas e a camada de metal cobre uma porção de superfície do núcleo de fibra de grafeno com en- capsulamento completo do núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas.

9. Eletrodo implantável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de metal compreende pelo menos um dentre platina, irídio, óxido de irídio, platina-irídio e nitreto de titânio.

10. Eletrodo implantável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de metal tem espessura na faixa entre cerca de 10 nm a cerca de 500 nm.

11. Eletrodo implantável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o núcleo de fibra de grafeno de múlti- plas camadas tem um diâmetro na faixa de cerca de 10 μm a cerca de 200 μm.

12. Método para fazer um eletrodo implantável caracteriza- do pelo fato de que compreende: formar um núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas realizando uma redução in situ de folhas de óxido de grafeno totalmen- te ordenadas em um líquido cristalino; revestir pelo menos uma porção do núcleo de fibra de gra- feno de múltiplas camadas com uma camada de metal; e revestir o núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas e a camada de metal com um revestimento isolante.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracteriza- do pelo fato de que formar um núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas realizando uma redução in situ compreende ainda a etapa de dispersões cristalinas líquidas de fiação úmida de óxido de grafeno com uso de um banho de coagulação que contém um ácido.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracteriza- do pelo fato de que o ácido é ácido hipofosforoso.

15. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracteriza- do pelo fato de que a camada de metal compreende pelo menos um dentre platina, irídio, óxido de irídio, platina-irídio e nitreto de titânio.

16. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracteriza- do pelo fato de que a camada de metal tem espessura na faixa entre cerca de 10 nm a cerca de 500 nm.

17. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracteriza- do pelo fato de que o revestimento isolante compreende Parileno-C.

18. Método para registrar e estimular um nervo periférico caracterizado pelo fato de que compreende: expor e isolar um nervo-alvo do tecido circundante; engatar um eletrodo implantável no nervo-alvo por pelo menos um dentre passar o eletrodo implantável sobre o nervo-alvo ex- posto e formar um nó com eletrodo implantável e inserir o eletrodo im- plantável através do epineuro do nervo-alvo exposto, em que o eletro- do implantável compreende ainda um núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas, um revestimento isolante que circunda o núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas e uma camada de metal dispos- ta entre o núcleo de fibra de grafeno de múltiplas camadas e o reves- timento isolante; e pelo menos um dentre registrar e estimular o nervo periféri- co.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracteriza- do pelo fato de que engatar um nervo periférico compreende implantar o eletrodo implantável dentro do nervo periférico, suturado através do nervo periférico ou sobre o nervo periférico.

20. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracteriza- do pelo fato de que o nervo periférico é periférico a pelo menos um dentre coração, pulmões, estômago, fígado, baço, pâncreas e órgãos pélvicos.