Die Herstellung von High-Kontakt-Dichte, Flach-Interface Nerve Elektroden für die Aufnahme und Stimulation Anwendungen

Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls ist die Herstellung von Flat-Interface-Manschettenelektroden für den Einsatz in neuronalen Schnittstellenanwendungen. Die Verwendung von Manschettenelektroden mit flacher Schnittstelle kann helfen, Probleme im Bereich der Neuroprothetik zu lösen, z. B. wie die Absicht aufgezeichnet werden kann, eine Gliedmaße von den Nerven zu bewegen. Auch wenn die Manschettenelektroden Submillimeter-Merkmale aufweisen, können sie dennoch zuverlässig von Hand hergestellt werden.

Und das Design ist flexibel. Es kann leicht an viele verschiedene neuronale Schnittstellenanwendungen angepasst werden. Beginnen Sie mit einer CAD-Software, um ein maßstabsgetreues Diagramm der Elektrode zu erstellen.

In diesem Diagramm werden die Abmessungen der Elektrode und die Platzierungsstellen der verschiedenen Elektrodenkomponenten bestimmt. Erstellen Sie auf ähnliche Weise eine zusätzliche CAD-Datei der Kontakte und Elektrodenkomponenten, um sie mit Hilfe von Laserschneidmaschinen herzustellen. Zur Vorbereitung legen Sie die Zentrierkontakte unter das Mikroskop und kleben sie mit einem Punktschweißgerät mit der Leitung zusammen.

Halten Sie den Kontakt gedrückt, um eine erste Biegung in einem Winkel von etwa 45 Grad zu machen, und falten Sie ihn dann um den Rahmen des Kontakts. Wechseln Sie die Kontaktleitungen auf jeder Seite des Array-Rahmens ab. Legen Sie anschließend ein Folienblatt über das Leitbild und kleben Sie es auf die Grundplatte.

Um mit dem Bau zu beginnen, schneidest du nun ein fünf cm großes quadratisches Stück aus einer fünf mil dicken Silikonplatte aus. Platzieren Sie es auf der Grundplatte, ohne Luftblasen einzuschließen. Bereiten Sie dann zwei Gramm ungehärtetes Silizium vor und entgasen Sie es drei Minuten lang in einer Vakuumkammer.

Lassen Sie das Vakuum ab und wenden Sie es regelmäßig erneut an, damit die eingeschlossene Luft entweichen kann. Tragen Sie nun eine dünne Linie aus nicht ausgehärtetem Silikon an den Stellen der Abstandssegmente gemäß der Führung auf. Anschließend kleben Sie die vorbereiteten Abstandshalterkomponenten auf die dafür vorgesehenen Stellen, indem Sie sie auf die Silikonfolie drücken.

Legen Sie nun das Silikon für 30 Minuten in einen vorgeheizten 130 Grad Celsius Isotemp-Ofen und kühlen Sie es anschließend 10 Minuten lang ab. Platzieren Sie nun die Referenzkontakte an den dafür vorgesehenen Stellen, wobei die Schweißpunkte nach oben gerichtet sind und die Kontaktleitungen zur Mittellinie der Manschette geführt werden, um am anderen Ende auszutreten. Nachdem Sie sich der korrekten Positionierung vergewissert haben, drücken Sie die Kontakte auf die Silikonschicht und legen Sie ungehärtetes Silikon in die Durchgangslöcher ab.

Befestigen Sie anschließend die Leitungen vorübergehend mit Klebeband und härten Sie das Silikon 90 Minuten lang bei 130 Grad Celsius oder über Nacht bei Raumtemperatur aus. Nachdem die Referenzkontakte mit Silizium gesichert sind, verwenden Sie die gleiche Technik, um das mittlere Kontaktarray zu befestigen. Wichtig ist, dass die mittleren Kontakte genau platziert werden müssen, um eine qualitativ hochwertige Aufnahme zu erhalten.

Die ordnungsgemäße Weiterleitung der Leads zu den vorgesehenen Exit-Stellen ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung. Schneiden Sie eine 1 cm x fünf cm große Durchlichtfolie aus und verwenden Sie sie, um die mittleren Kontaktfelder abzudecken. Klebe es dann an die Grundplatte fest.

Platzieren Sie die kleine Vorrichtungsstange quer über die Mitte der Elektrode und klemmen Sie sie an die Grundplatte, um die mittleren Kontakte zu sichern, während das Silikon aushärtet. Entfernen Sie nach dem Aushärten die kleine Vorrichtungsstange. Entfernen Sie dann das gesamte Klebeband, mit dem die Leitungen für die Referenzen und Metallkontakte befestigt sind, und entfernen Sie vorsichtig das transparente Blech, um die Metallkontaktarrays freizulegen.

Schneide nun ein quadratisches Stück Folie ab, das die gleiche Breite wie die Elektrode hat und fünf cm lang ist. Schneiden Sie dann ein quadratisches Stück Silikonfolie ab, das die gesamte Elektrodenoberfläche bedecken kann. Legen Sie nun dieses Silikon über das Stück Folie und dehnen Sie es flach, um Unregelmäßigkeiten zu entfernen und Luftblasen zu verhindern.

Schneiden Sie dann vier Stücke Silikonschlauch mit einer Länge von jeweils fünf cm ab und platzieren Sie sie an den Austrittsstellen gemäß dem Diagramm. Lassen Sie einen Abstand von zwei mm zwischen dem Rand der Elektrode und dem Schlauch. Während Sie jedes Paar Röhren mit einer Pinzette festhalten, kleben Sie die Röhren ab einem mm Abstand vom Röhrenende fest.

Ordnen Sie nun die Leads der mittleren Kontakte und die Referenzen in Bündeln an. Führen Sie sie dann durch die entsprechende Röhre in der Nähe der Austrittsstellen. Tun Sie dies für alle Röhren.

Geben Sie dann aus einem vakuumierten Mischbehälter oder einer Spritze langsam eine großzügige Menge ungehärtetes Silikon über den gesamten Elektrodenkörper ab. Platzieren Sie nun das Silikon und die Transparenzstruktur auf dem nicht ausgehärteten Silizium. Richten Sie das Transparenzstück an der Elektrode aus, während die Silikonfolie daran haftet.

Klebe dann die Folie ab und übe leichten Druck aus, um eingeschlossene Luftblasen zu entfernen. Platzieren Sie abschließend die große Befestigungsschiene über der Mitte der Elektrode und über dem Transparenzsegment. Dann mit mäßigem Druck auf die Grundplatte klemmen und das Silikon vollständig aushärten.

Um eine Abschirmschicht hinzuzufügen, entfernen Sie die große Befestigungsstange und entfernen Sie das Durchlichtstück mit einer Pinzette. Legen Sie dann die Abschirmfolie in die Mitte jeder Fläche der Elektrode und drücken Sie sie vorsichtig in die Elektrode. Gib dann etwas ungehärtetes Silikon in die Durchgangslöcher und härte es teilweise 30 Minuten bei 130 Grad Celsius aus.

Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur kleben Sie Klebeband über die äußeren Enden der Elektrode und über die Verschlussflansche, um das Silikon von diesen Segmenten fernzuhalten. Wiederholen Sie dann den Vorgang des Hinzufügens einer Silikonschicht, um den gesamten Elektrodenkörper zu bedecken. Legen Sie anschließend Silikon- und Durchsichtigkeitsfolien über die Elektrode, befestigen Sie sie dann mit einer großen Vorrichtungsstange und härten Sie das Silikon aus.

Entfernen Sie nach dem Aushärten das überschüssige Silikon und das Klebeband, um den Vorgang abzuschließen. Schneiden Sie dann Fenster durch das Silikon, um die Abstandssegmente freizulegen, und entfernen Sie die Abstandssegmente mit einer Pinzette. Entfernen Sie anschließend unter einem Mikroskop das Klebeband und das Silikon über den Röhren, bis es auf gleicher Höhe mit dem Elektrodenkörper ist.

Schneiden Sie dann vorsichtig um den Umfang der Elektrode herum bis zur Grundplatte. Achten Sie nun darauf, die Elektrode nicht zu beschädigen, und befolgen Sie das Führungsdiagramm, um die Austrittsstellen der Elektrode zu formen. Schneiden Sie zwischen jedem Rohrpaar ein Dreieck aus, das vollständig durch die Elektrodenlagen auf die Außenseite geht.

Schneiden Sie nun Fenster in das Silikon, das die Abschirmschicht bedeckt. Gleiten Sie dann das Polypropylen-Nahtmaterial zwischen die Elektrodenbasis und die angrenzende transparente Schicht und verwenden Sie es, um die fast fertige Manschettenelektrode zu delaminieren. Schneiden Sie abschließend Fenster aus dem Silikon aus, um die Mittelkontakte und Referenzkontakte freizulegen.

Die hergestellte FINE-Elektrode wurde verwendet, um die Aktivität des Ischiasnervs bei einem Hund über einen Zeitraum von 7,5 Monaten aufzuzeichnen. Es wurden ein kundenspezifischer Vorverstärker und ein Super-Beta-Verstärker für die Eingangsinstrumentierung implementiert. Die Elektrode wurde um den Nerv implantiert, indem die beiden freien Kanten miteinander vernäht wurden.

Die Manschette flacht den Nerv ab, während die Flexibilität in Längsrichtung erhalten bleibt. Es wurde die Reaktion der Elektrode auf steigende Druckniveaus in der Manschette gemessen. Bei dem diastolischen Druck von 67 mm Quecksilbersäule wurde die Manschette auf das 1,25-fache ihrer ursprünglichen Querschnittsfläche erweitert.

Diese Expansion kann genutzt werden, um eine Nervenschwellung nach dem Implantationseingriff auszugleichen. Während der chronischen Implantatdauer wurden periodisch mehrere Parameter gemessen. Das Signal-Rausch-Verhältnis blieb über die gesamten 7,5 Monate konstant.

Kontaktimpedanz, gemessen bei 1 kHz, blieb ebenfalls stabil. Schließlich gab es nie mehr als zwei inaktive Kontakte, die aufgrund schlechter Verbindungen auf der Haut des Tieres auftraten. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie ähnliche Mehrkanal-Nervenelektroden hergestellt werden, und in der Lage sein, das Design an die Anforderungen Ihrer Endanwendung anzupassen.

Der Einsatz dieser Elektroden hat Forschern auf dem Gebiet der Neuroprothetik den Weg geebnet, willkürliche Signale von Nerven aufzuzeichnen.