Einfügen von Flexible Neural Sonden mit starren Versteifungen Biodissolvable mit Klebstoff befestigt

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, flexible Dünnschicht-Neurosonden mit Hilfe einer temporären Versteifung in ein Gewebe zu implantieren. Dies wird erreicht, indem zunächst kundenspezifische Silikonversteifungen entwickelt und hergestellt werden, die zur Sonde passen und einen Kanal haben, der mit auflösbarem Polyethylenglykol gefüllt ist. Der zweite Schritt besteht darin, die Versteifung mit einem Flip-Chip-Bonder an der Sonde zu montieren.

Als nächstes wird die versteifte Sondenanordnung in das Zielgewebe eingeführt. Der letzte Schritt besteht darin, das Polyethylenglykol auflösen zu lassen und den Schaft zu extrahieren. Letztendlich kann die demonstrierte Methode verwendet werden, um flexible Mikroelektrodensonden in neuronales Gewebe für die in vivo-Aufzeichnung und Stimulation zu implantieren.

Die Auswirkungen dieser Technik erstrecken sich auf die klinische Behandlung neurologischer Erkrankungen, da die abnehmbaren Versteifungen flexible implantierte Geräte ermöglichen, die unerwünschte Gewebereaktionen reduzieren können. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden, wie z. B. dem Erweichen von Materialien, besteht darin, dass sie das präzise Einführen von beliebig langen und dünnen Sonden ermöglicht. Stellen Sie eine Siliziumversteifung mit einem Dochtkanal aus einem Silizium auf einem Isolatorwafer her, wobei die Schichtdicke des Geräts der gewünschten Dicke der Versteifung entspricht.

Ätzen Sie die Dochtkanäle in einem Plasmaätzer mit dem Standardverfahren von Bosch trocken. Definieren Sie dann den Versteifungsumriss durch eine längere Kante, die auf der vergrabenen Oxidschicht endet. Ätzen Sie nun die vergrabene Oxidschicht in 49%iger Flusssäure nass, um die Versteifungen freizusetzen.

Weichen Sie dann die Trennversteifungen 15 Minuten lang in entionisiertem Wasser ein. Geben Sie anschließend ein Pellet Polyethylenglykol in den Behälter. Auf der Lasche der Steife.

Erhitzen Sie die Versteifung auf 65 Grad Celsius, so dass das Polyethylenglykol schmilzt und durch Kapillarwirkung in den Kanal gelangt. Dann auf Raumtemperatur abkühlen lassen, damit es fest wird. Platzieren Sie die Versteifung kopfüber auf der Basisstufe des Flip-Chip-Bonders.

Nehmen Sie dann die Versteifung mit dem Werkzeugkopf auf. Platzieren Sie anschließend die Sonde mit dem Flip-Chip-Bonder kopfüber auf dem Basistisch. Richten Sie die Steife und die Sonde aus.

Senken Sie dann die Versteifung auf die Sonde ab. Erhitzen Sie die Baugruppe eine Minute lang auf 65 Grad Celsius, damit das Polyethylenglykol wieder schmilzt und die Versteifung an der Sonde befestigt wird. Kühlen Sie dann ab, um sich zu verfestigen, drehen Sie die Baugruppe um und prüfen Sie sie von oben auf 65 Grad Celsius, damit das Polyethylenglykol die Grenzfläche zwischen der Sonde und der Versteifung vollständig ausfüllen kann.

Schmelzen Sie mit der Sondenseite nach oben ein bis drei zusätzliche Pellets Polyethylenglykol auf die Lasche, um in diesem Bereich eine zusätzliche Verstärkung zu gewährleisten. Lassen Sie die Baugruppe abschließend abkühlen, so dass sich das Polyethylenglykol verfestigt und die Baugruppe für das chirurgische Einsetzen bereit ist. Bereiten Sie in einer Acrylbox 0,6%iges Aros-Gel in phosphatgepufferter Kochsalzlösung oder PBS vor, tränken Sie das Gel mit PBS und erhitzen Sie es auf 37 Grad Celsius.

Ordnen Sie dann die Mikrom-Manipulatorbox aus Agros-Gel und mikroskopischem Kamerasystem an. Setzen Sie ein Referenz-Fiducial aus Glas in die Gelschachtel ein. Verwenden Sie anschließend ein Zahnpickel, um die Merkmale auf dem Referenzpasserzeichen mit dem Sichtfeld des Digitalmikroskops in Einklang zu bringen.

Um die Sondenversteifungsbaugruppe am Mikromanipulator zu befestigen, kleben Sie die Rückseite der Versteifungslasche auf eine Vorrichtung, die an den Mikromanipulator geklemmt werden kann. Achten Sie darauf, die Sonde nicht mit Klebstoff zu berühren. Befestigen Sie das Verbindungsende der Sonde vorübergehend mit einem kleinen Stück Klebekitt an der Vorrichtung, so dass es mit geringer Kraft leicht entfernt werden kann. Positionieren Sie die Sondenanordnung über dem Gel, etwa einen Millimeter hinter dem Referenzpassagier.

Führen Sie dann die Sonde mit der Kamera in das Gel ein, um sie auf eine gewünschte Tiefe im Sichtfeld zu führen. Entfernen Sie sofort das Steckerende der Sonde vom Mikromanipulator und befestigen Sie sie an einer nahe gelegenen Oberfläche, z. B. an einem zweiten Manipulatorarm. Dies muss erfolgen, bevor sich das Polyethylenglykol auf der Lasche aufzulösen beginnt.

Um ein Verschieben des Prüfpunkts zu vermeiden, erstellen Sie einen Schnappschuss der Position des Prüfpunkts. Beachten Sie, dass die Referenzmerkmale der Referenzmarken leicht unscharf sein können. Tragen Sie Kochsalzlösung in der Nähe der Lasche auf, um Polyethylenglykol aufzulösen, das sich über dem Aros-Gel befindet, und starten Sie auf der Lasche bei Bedarf die Videoaufnahme.

Beginnen Sie nun mit der Extraktion der Versteifung, indem Sie eine Verschiebung von 100 Mikrometern mit einer Geschwindigkeit von fünf Millimetern pro Sekunde aufbringen. Führen Sie dann diese Versteifungsextraktion mit einer langsameren Geschwindigkeit von etwa 0,1 Millimetern pro Sekunde durch. Wenn die Extraktion abgeschlossen ist, erstellen Sie mit Bildverarbeitungswerkzeugen einen letzten Schnappschuss der Problemposition.

Vergleichen Sie die Bilder vor und nach der Versteifungsextraktion. Verwenden Sie die Merkmale des Referenzpasserzeichens, die im Sichtfeld sichtbar sind, um die Bilder genau zu überlagern. Kalibrieren Sie den Maßstab des Bildes basierend auf der Größe bekannter Merkmale auf der Sonde.

Messen Sie nun den Abstand der Sondenverschiebung auf dem Overlay-Bild. Diese Insertionstechnik wurde in Verbindung mit LLNL-Dünnschicht-Polyamid-Sonden verwendet, die die Biokompatibilitätsnormen ISO 1 0 9 9 3 bestanden haben und für die chronische Implantation vorgesehen sind. Der AROS-Gel-Test wurde verwendet, um die durchschnittliche Sondenverschiebung für eine gegebene Kombination aus Sondenversteifung und Klebstoff zu quantifizieren.

Diese Vorher-Nachher-Schnappschüsse zeigen beispielsweise eine Sondenverschiebung von 29 Mikrometern. Diese einzelnen Neuronen-Spikes wurden aus einer flexiblen Mikroelektrodensonde gewonnen, die mit einer abnehmbaren Versteifung in eine Rattenrinde implantiert wurde. Nach diesem Verfahren waren wir in der Lage, Sonden mit einer Vielzahl von Konfigurationen zu implantieren, einschließlich doppelseitiger Geräte und Sonden mit mehreren Schäften Nach seiner Entwicklung.

Diese Technik ebnete Forschern auf dem Gebiet der Neurowissenschaften den Weg, die erweiterte neuronale Aktivität in sich verhaltenden Tiermodellen zu erforschen.