تصنيع عالية الاتصال الكثافة، مسطحة واجهة أقطاب العصب للتسجيل وتحفيز تطبيقات

الهدف العام من هذا البروتوكول هو تصنيع أقطاب كهربائية غمدية ذات واجهة مسطحة لاستخدامها في تطبيقات الواجهات العصبية. يمكن أن يساعد استخدام الأقطاب الكهربائية الغمدية ذات الواجهة المسطحة في حل المشكلات القائمة في مجال التعويضات العصبية، مثل كيفية تسجيل نية تحريك الطرف من الأعصاب. وعلى الرغم من أن الأقطاب الكهربائية الغمدية تحتوي على ميزات دون المليمتر، إلا أنه لا يزال من الممكن صنعها يدوياً وبشكل موثوق.

كما أن التصميم مرن، حيث يمكن تخصيصه بسهولة للعديد من تطبيقات الواجهة العصبية المختلفة. ابدأ باستخدام برنامج CAD لإنتاج مخطط بمقياس رسم حقيقي للقطب الكهربائي.

سيحدد هذا المخطط أبعاد القطب الكهربائي ومواقع وضع المكونات المختلفة للقطب. وبالمثل، قم بإنشاء ملف CAD إضافي للتوصيلات ومكونات القطب، لكي يتم إنتاجها باستخدام آلات القطع بالليزر. وكجزء من التحضير، ضع التوصيلات المركزية تحت المجهر وقم بربطها بالسلك الموصل باستخدام آلة لحام نقطي.

ثبّت الملامس للأسفل لإجراء ثنية أولية بزاوية 45 درجة تقريباً، ثم قم بطيها حول إطار الملامس. بدّل مواضع أسلاك الملامسات على كل جانب من إطار المصفوفة. بعد ذلك، ضع ورقة شفافة فوق المخطط الإرشادي وثبتها بالشريط اللاصق على القاعدة.

الآن، لبدء عملية البناء، قم بقص قطعة مربعة بطول 5 cm من شريحة سيليكون بسُمك 5 mil. ضعها على اللوحة القاعدية مع الحرص على عدم حبس فقاعات الهواء. بعد ذلك، قم بتحضير 2 g من السيليكون غير المعالج وقم بإزالة الغازات منه في غرفة تفريغ لمدة 3 minutes.

قم بتحرير وإعادة تطبيق الفراغ بشكل دوري للسماح للهواء المحبوس بالخروج. الآن، ضع خطاً رفيعاً من السيليكون غير المعالج في مواقع قطع الفواصل وفقاً للدليل. ثم، قم بتثبيت مكونات الفواصل المُحضرة في المناطق المخصصة لها عن طريق الضغط عليها فوق طبقة السيليكون.

الآن، ضع السيليكون في فرن isotemp مسخن مسبقًا عند 130 درجة Celsius لمدة 30 دقيقة، يليه التبريد لمدة 10 دقائق. الآن، ضع نقاط التلامس المرجعية في مواقعها المحددة، بحيث تكون نقاط اللحام للأعلى وتتجه أسلاك التلامس نحو الخط المتوسط للكم لتخرج من الطرف البعيد. بعد التأكد من الوضع الصحيح، اضغط نقاط التلامس لأسفل فوق طبقة السيليكون وصب السيليكون غير المعالج في الثقوب النافذة.

بعد ذلك، قم بتثبيت الأسلاك مؤقتًا باستخدام الشريط اللاصق، ثم قم بمعالجة السيليكون عند 130 °C لمدة 90 دقيقة، أو طوال الليل في درجة حرارة الغرفة. وبمجرد تثبيت وصلات المرجع بالسيليكون، استخدم التقنية نفسها لتثبيت مصفوفة الوصلات المركزية. ومن المهم وضع الوصلات المركزية بدقة لضمان الحصول على تسجيل عالي الجودة.

يعد التوجيه الصحيح للأقطاب إلى مواقع الخروج المحددة أمراً بالغ الأهمية أيضاً. قص ورقة شفافة بمقاس 1 cm في 5 cm، واستخدمها لتغطية مصفوفات التلامس المركزية. ثم قم بتثبيتها على اللوحة القاعدية باستخدام الشريط اللاصق.

ضع شريط التثبيت الصغير عبر مركز القطب الكهربائي وثبته في لوحة القاعدة لتأمين جهات الاتصال الوسطى في مكانها أثناء تصلب السيليكون. وبمجرد التصلب، قم بإزالة شريط التثبيت الصغير. بعد ذلك، قم بإزالة جميع الأشر prevede اللاصقة التي تثبت أسلاك المراجع وجهات الاتصال المعدنية، ثم أزل الورقة الشفافة برفق للكشف عن مصفوفات الاتصال المعدنية.

الآن، قم بقص قطعة مربعة من الشفافية يكون لها نفس عرض القطب الكهربائي وطولها 5 cm. بعد ذلك، قم بقص قطعة مربعة من ورقة السيليكون بحيث يمكنها تغطية سطح القطب الكهربائي بالكامل. الآن، ضع السيليكون فوق قطعة الشفافية، وقم بمده بشكل مسطح لإزالة أي نتوءات ومنع انحباس فقاعات الهواء.

بعد ذلك، قم بقص أربع قطع من أنابيب السيليكون، بطول 5 cm لكل منها، وضعها عند مواقع المخرج وفقاً للمخطط. اترك فجوة بمقدار 2 mm بين حافة القطب والأنبوب. وأثناء تثبيت كل زوج من الأنابيب باستخدام الملاقط، قم بتثبيت الأنابيب بالشريط اللاصق بدءاً من مسافة 1 mm بعيداً عن نهاية الأنبوب.

الآن، قم بترتيب أسلاك نقاط التلامس الوسطى والمراجع في حزم. ثم، مررها عبر الأنبوب المقابل بالقرب من مواقع الخروج. كرر هذه العملية لجميع الأنابيب.

بعد ذلك، ومن حاوية خلط مفرغة من الهواء، أو من حقنة، ضع كمية وفيرة من السيليكون غير المعالج ببطء فوق جسم القطب الكهربائي بالكامل. الآن، ضع هيكل الشفافية والسيليكون فوق السيليكون غير المعالج. قم بمحاذاة قطعة الشفافية مع القطب الكهربائي مع الحفاظ على التصاق شريحة السيليكون بها.

بعد ذلك، قم بتثبيت الشريحة الشفافة بالشريط اللاصق وقم بتطبيق ضغط خفيف لإزالة أي فقاعات هواء محبوسة. أخيراً، ضع قضيب التثبيت الكبير عبر مركز القطب الكهربائي وفوق جزء الشريحة الشفافة. ثم قم بتثبيته في لوحة القاعدة بضغط متوسط وقم بمعالجة السيليكون بالكامل.

لإضافة طبقة حماية، قم بإزالة قضيب التثبيت الكبير، وإزالة قطعة الشفافية باستخدام الملاقط. ثم ضع ورقة الحماية في مركز كل وجه من وجوه القطب الكهربائي، واضغط عليها برفق داخل القطب الكهربائي. بعد ذلك، قم بصب بعض السيليكون غير المعالج في الثقوب النافذة وعالجه جزئياً لمدة 30 دقيقة عند 130 درجة Celsius.

بمجرد التبريد إلى درجة حرارة الغرفة، ضع شريطًا لاصقًا فوق النهايات الخارجية للقطب الكهربائي وفوق حواف الإغلاق لمنع وصول السيليكون إلى هذه الأجزاء. بعد ذلك، كرر عملية إضافة طبقة من السيليكون لتغطية جسم القطب الكهربائي بالكامل. اتبع ذلك بوضع السيليكون وصفائح الشفافية فوق القطب الكهربائي، ثم قم بتثبيتها باستخدام قضيب تثبيت كبير وقم بمعالجة السيليكون.

بعد المعالجة، ولإتمام العملية، قم بإزالة السيليكون الزائد والشريط اللاصق. ثم، قم بقص نوافذ عبر السيليكون للكشف عن قطع الفاصل، واستخدم الملاقط لإزالة قطع الفاصل. بعد ذلك، وتحت المجهر، قم بإزالة الشريط والسيليكون الموجود فوق الأنابيب حتى يصبح بمستوى جسم القطب الكهربائي.

بعد ذلك، قم بالقص بعناية حول محيط القطب الكهربائي وصولاً إلى القاعدة. الآن، مع توخي الحذر لعدم إتلاف القطب الكهربائي، اتبع المخطط الإرشادي لتشكيل مواقع خروج الأسلاك. قم بقص مثلث بين كل زوج من الأنابيب بحيث يمتد القص بالكامل عبر طبقات القطب الكهربائي وصولاً إلى الجانب الخارجي.

الآن، قم بقص نوافذ في السيليكون الذي يغطي طبقة الحماية. بعد ذلك، مرر خيط الجراحة المصنوع من البولي بروبيلين بين قاعدة القطب والطبقة الشفافة المجاورة واستخدمه لفصل طبقات قطب السوار شبه المكتمل. وأخيراً، قم بقص نوافذ من السيليكون للكشف عن نقاط التلامس المركزية ونقاط التلامس المرجعية.

استُخدم قطب FINE المُصنع لتسجيل نشاط العصب الوركي في كلب على مدار 7.5 شهور. وقد تم تطبيق مضخم أولي مخصص ومضخم أجهزة إدخال super-beta. زُرع القطب حول العصب عن طريق خياطة الحافتين الحرتين معاً.

تعمل الغمد على تسطيح العصب مع الحفاظ على المرونة في الاتجاه الطولي. وقد تم قياس استجابة القطب الكهربائي لمستويات الضغط المتزايدة داخل الغمد. وعند مستوى الضغط الانبساطي البالغ 67 mm mercury، تمدد الغمد إلى 1.25 من مساحة مقطعه العرضي الأولية.

يمكن استخدام هذا التمدد للتعويض عن تورم العصب بعد إجراء عملية الزرع. تم قياس عدة معايير بشكل دوري خلال فترة الزرع المزمنة. وظلت نسبة الإشارة إلى الضجيج ثابتة طوال فترة الـ 7.5 months.

كما ظلت مقاومة التلامس، المقاسة عند 1 kHz، مستقرة. وأخيرًا، لم يتجاوز عدد جهات التلامس غير النشطة اثنين أبدًا، والتي لوحظ أنها حدثت بسبب توصيلات سيئة عبر جلد الحيوان. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن تكون لديك معرفة جيدة بكيفية تصنيع أقطاب عصبية متعددة القنوات مماثلة، وأن تكون قادرًا على تعديل التصميم لتلبية متطلبات تطبيقك النهائي.

لقد مهد استخدام هذه الأقطاب الكهربائية الطريق للباحثين في مجال الأطراف الاصطناعية العصبية لتسجيل الإشارات الإرادية من الأعصاب.