JP2022511125A - 電気生理学的信号を測定するためのグラフェントランジスタシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の対象は、物理学の技術分野に属しており、より正確には電気信号の測定に属している。
広い電気生理学的記録帯域幅を有する、フレキシブル(柔軟)であり、大規模であり、かつ、高密度のアレイが大いに必要とされている。フレキシブルであり、大規模であり、かつ、高密度の電極アレイは、最先端技術である。しかしながら、これらのアレイは、電気生理学的信号の周波数帯域幅の全体において、高忠実度(high-fidelity)の記録を提供しない。
式(1)は、Za’がZe’に比べて十分に(substantially)大きくない場合には、記録される信号が減衰し、かつ、Vsigに対して遅延することを示している。高入力インピーダンス増幅器(入力インピーダンスが高い増幅器)を用いた場合であっても、直径50μmの金のマイクロ電極について、50%よりも多い減衰が予期される。電極面積をスケールダウン(縮小)する場合には、電極インピーダンスと記録信号のハイパス(高帯域)フィルタリングをもたらす上記面積との間の逆の関係に起因して、1に等しい電圧ゲインを実現するために、Za’>>Ze’という要件(requirement)が妥協されることを強調することが重要である。
本発明は、広い電気生理学的記録帯域幅を有する、フレキシブルであり、大規模であり、かつ高密度のアレイに対するニーズに対処する。本発明の対象は、グラフェン溶液ゲート電界効果トランジスタ(gSGFET)に基づいており、好ましくは、グラフェン溶液ゲート電界効果トランジスタ(gSGFET)のアレイに基づいている。gSGFETは、典型的な局所場ポテンシャル帯域幅において、信号ととともにインフラスロー信号を記録することができる。グラフェン溶液ゲート電界効果トランジスタ(gSGFET)は、好ましくは、上皮質の位置および皮質内の位置に配置される。
なされている説明を補完し、かつ、本発明の各構成についてのより良い理解を補助するために、本発明の実際の実施形態の好ましい例に従って、図面のセットが上記説明の統合的な部分として添付されている。これらの図面では、例示的かつ非限定的な各構成に関して、以下の事項が示されている。
本発明の第1の態様は、皮質拡張性抑圧(CSD)信号、すなわち0.1Hz以下の周波数値を有する信号、などの電気生理学的インフラスロー信号を記録するためのシステムを対象としている。上記デバイスは、(i)当該デバイスに関連するか、または当該デバイス内に埋め込まれた、処理ユニットと、(ii)少なくとも1つのグラフェントランジスタ(gSGFET)(好ましくは、グラフェントランジスタのアレイ)と、を備えている。当該グラフェントランジスタは、ソース端子およびドレイン端子によってコンタクトされたチャネル材料としてグラフェンを含んでおり、かつ、ゲート端子としてレファレンスを有している。当該グラフェントランジスタは、ローパスフィルタ(LPF)などの少なくとも1つのフィルタに接続されている。記録された電流信号は、記録開始時に記録されているトランジスタのトランスファーカーブIds-Vgsを用いて、電圧信号へと変換される。
本発明の対象は、物理学の技術分野に属しており、より正確には電気信号の測定に属している。
広い電気生理学的記録帯域幅を有する、フレキシブル(柔軟)であり、大規模であり、かつ、高密度のアレイが大いに必要とされている。フレキシブルであり、大規模であり、かつ、高密度の電極アレイは、最先端技術である。しかしながら、これらのアレイは、電気生理学的信号の周波数帯域幅の全体において、高忠実度(high-fidelity)の記録を提供しない。
本発明は、広い電気生理学的記録帯域幅を有する、フレキシブルであり、大規模であり、かつ高密度のアレイに対するニーズに対処する。本発明の対象は、グラフェン溶液ゲート電界効果トランジスタ(gSGFET)に基づいており、好ましくは、グラフェン溶液ゲート電界効果トランジスタ(gSGFET)のアレイに基づいている。gSGFETは、典型的な局所場ポテンシャル帯域幅において、信号ととともにインフラスロー信号を記録することができる。グラフェン溶液ゲート電界効果トランジスタ(gSGFET)は、好ましくは、上皮質の位置および皮質内の位置に配置される。
a.フィルタによって入力信号を低周波信号と高周波信号とに分割するステップと、
b.対応するゲインによって重み付けされた上記低周波信号と上記高周波信号とをマージするステップと、
c.上記トランジスタの固有ゲインに従って上記信号を電圧に変換するステップと、
を含みうる。
なされている説明を補完し、かつ、本発明の各構成についてのより良い理解を補助するために、本発明の実際の実施形態の好ましい例に従って、図面のセットが上記説明の統合的な部分として添付されている。これらの図面では、例示的かつ非限定的な各構成に関して、以下の事項が示されている。
本発明の第1の態様は、皮質拡張性抑圧(CSD)信号、すなわち0.1Hz以下の周波数値を有する信号、などの電気生理学的インフラスロー信号を記録するためのシステムを対象としている。上記デバイスは、(i)当該デバイスに関連するか、または当該デバイス内に埋め込まれた、処理ユニットと、(ii)少なくとも1つのグラフェントランジスタ(gSGFET)(好ましくは、グラフェントランジスタのアレイ)と、を備えている。当該グラフェントランジスタは、ソース端子およびドレイン端子によってコンタクトされたチャネル材料としてグラフェンを含んでおり、かつ、ゲート端子としてレファレンスを有している。当該グラフェントランジスタは、ローパスフィルタ(LPF)などの少なくとも1つのフィルタに接続されている。記録された電流信号は、記録開始時に記録されているトランジスタのトランスファーカーブIds-Vgsを用いて、電圧信号へと変換される。
Claims (7)
- 電気生理学的信号を測定するためのグラフェントランジスタシステムであって、
a.処理ユニットと、
b.2つの端子によってコンタクトされたチャネル材料としてグラフェンを含んでいる、少なくとも1つのグラフェントランジスタ(gSGFET)と、
を備えており、
上記デバイスは、上記グラフェントランジスタ(gSGFET)に接続された、
a.上記トランジスタ(gSGFET)のドレイン端子およびソース端子において、ゲート電圧に対して参照される可変電圧源と、
b.上記トランジスタからの信号を取得して、当該信号を少なくとも2つの周波数帯である低周波数帯と高周波数帯とに分割する少なくとも1つのフィルタと、
を備えており、
第1信号および第2信号はそれぞれ、あるゲイン値によって増幅される、電気生理学的信号を測定するためのグラフェントランジスタシステム。 - 上記フィルタは、
a.0Hzから0.16Hzまでの範囲に設定された周波数を有するローパスフィルタ帯域、および、
b.0.16Hzから10kHzまでの範囲の周波数を含むバンドフィルタ帯域、
のうちの一方を生じさせる、請求項1に記載の電気生理学的信号を測定するためのグラフェントランジスタシステム。 - ローパスフィルタ(LPF)およびバンドパスフィルタ(BPF)はそれぞれ、104[V/A]および106[V/A]という異なるゲインを有している、請求項2に記載のフルバンド電気生理学的信号を測定するためのグラフェントランジスタシステム。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載のグラフェントランジスタシステムを用いて、電気生理学的信号を測定するための方法であって、
a.上記フィルタによって入力信号を周波数信号と高周波信号とに分割することと、
b.対応するゲインによって重み付けされた上記低周波信号と上記高周波信号とをマージすることと、
c.上記トランジスタの固有ゲインに従って上記信号を電圧に変換することと、
を含んでいる、方法。 - 増幅のゲイン値が、信号ごとに異なっている、請求項4に記載の方法。
- 上記グラフェントランジスタのトランスファーカーブIds-Vgsを用いた補間によって、電圧信号への変換が実行される、請求項4に記載の方法。
- 上記トランジスタのトランスファーカーブIds-Vgsは、一定のドレイン-ソース間電圧(V_ds)に関して作成されている、請求項6に記載の方法。
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