Name: La inserción de sondas Flexible Neural Usando refuerzos rígidos adjuntos con Biodissolvable Adhesivo (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-09-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 40 s
Description: Aprende a implantar sondas neuronales flexibles en tejido usando un refuerzo temporal de silicio con polietilenglicol biodisoluble. Este método permite la inserción precisa de microelectrodos para registro y estimulación in vivo.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Este trabajo fue apoyado por el NIH NIDCD Y1-CC-8002-01. Este trabajo se realizó bajo los auspicios del Departamento de Energía de los EE.UU. por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en virtud de contrato DE-AC52-07NA27344.

1. Asamblea de la sonda de Refuerzo Esta sección del protocolo describe la fabricación de un refuerzo de silicio, y el montaje de una sonda de polímero de película delgada al rigidizador. Figura 1 ilustra una sonda típica neuronal polímero junto con el refuerzo propuesto. Los detalles del diseño de refuerzo se muestran en la Figura 2. La nueva característica de este diseño es la poco profunda &quot;mecha&quot; canal corre a lo largo de su longitud que se utiliza para distribuir adhesivo líquido durante el montaje. La parte más ancha del refuerzo es una ficha para la manipulación durante el montaje y la inserción quirúrgica. El depósito de la ficha se conecta al canal. El componente está fabricado de silicio usando procesos estándar de microfabricación. <ol><li> El refuerzo de silicio con un canal de efecto de mecha se fabrica a partir de un (SOI) oblea de silicio sobre aislante con un espesor de capa de dispositivo igual al espesor deseado del rigidizador ( <strong&gt; Figura 3A). Un rango razonable de espesor de refuerzo es de 20-100 micras. Se recomienda que la anchura del refuerzo sea de 20-30 m menor que la anchura de la sonda, lo que ayuda a evitar el desbordamiento del adhesivo de la interfaz de unión a la parte superior de la sonda. Primero los canales de capilaridad son usando el proceso estándar Bosch (Figura 3B)-grabado en seco. Siguiente, la geometría de refuerzo está definido por una etch ya que se detiene en la capa de óxido enterrada (Figura 3C). Por último, los refuerzos son liberados por la capa de óxido enterrado húmedo grabado en el 49% de ácido fluorhídrico (Figura 3D). Después de aclarar a fondo los refuerzos, remojar en agua desionizada durante 15 min. </li><li> Coloque un pellet de polietilenglicol (PEG) de peso molecular 10.000 g / mol en el depósito (Figura 4). Calentar el rigidizador a 65 ° C, de modo que el PEG se funde y se absorbe en el canal por acción capilar. A continuación, enfriar a temperatura ambiente para solidificar. </li&gt; <li> La Figura 5 muestra un esquema del chip Bonder flip configurado. Coloque el refuerzo de cabeza en el escenario base del dispositivo de unión flip chips, a continuación, recoger el refuerzo con la cabeza de la herramienta. Coloque la sonda en posición invertida sobre el escenario base. Utilizando el dispositivo de unión flip chip alinear el refuerzo y la sonda y luego baje el refuerzo y colocarlo en la sonda. </li><li> La etapa de base del dispositivo de unión flip chip de debe tener un elemento de calentamiento para aplicar calor al sustrato. Después de colocar el refuerzo, calentar el conjunto una vez más a 65 ° C. Deje un minuto para que el PEG de refusión y comenzar a llenar en la interfaz entre la sonda y refuerzo. Enfriar a solidificar. </li><li> Gire el conjunto sobre e inspeccionar desde la parte superior. Vuelva a calentar según sea necesario para permitir que el PEG para llenar completamente la interfaz entre la sonda y el rigidizador. Esto puede ser evaluado visualmente puesto que la sonda es transparente. Cuando el conjunto está sentado en el calentador superior-(sonda) hacia arriba, coloque manualmente 1-3 epellets de xtra de PEG sólido a la lengüeta de manera que se funden sobre la sonda, que proporciona un refuerzo adicional en esta región (Figura 6). Finalmente, deje que el montaje se enfríe para que el PEG se solidifica. En este punto, el conjunto está listo para la inserción quirúrgica. </li></ol> 2. La inserción y extracción <ol><li> Montar el conjunto de sonda de refuerzo a un micromanipulador, como se ilustra en la Figura 7A mediante la adhesión la parte posterior del rigidizador al brazo micromanipulador en la región de pestaña. Esto se puede hacer con la cinta de doble cara o cemento, pero tenga cuidado de no ponerse en contacto con la sonda con adhesivo. Fije temporalmente el extremo del conector de la sonda a la micromanipulador con un pequeño pedazo de masilla adhesiva de tal manera que se puede quitar fácilmente con baja fuerza. </li><li> Coloque el conjunto de la sonda sobre el blanco e inserte la sonda con la velocidad de inserción deseado. Se utiliza una velocidad de inserción de ,13-,5 mm / seg en el desarrollo de este protocolo. &lt;/ Li&gt; <li> Retire inmediatamente el extremo del conector de la sonda del micromanipulador suavemente y dejarla en una superficie cercana, como un segundo brazo manipulador (Figura 7B). Esto se debe hacer antes de que el PEG comienza a disolverse para evitar el desplazamiento de la sonda. </li><li> Dé tiempo para PEG se disuelva. Esta cantidad de tiempo dependerá de PEG de peso molecular y el área de contacto entre la sonda y de refuerzo. Por ejemplo, con el PEG de peso molecular de 10.000 g / mol, una sonda de microelectrodo de aproximadamente 6 mm y un rigidizador que es coincidente 306 micras de ancho, 15 min se ha encontrado que una cantidad adecuada de tiempo. Sección 3 del protocolo presenta un método para probar el tiempo de disolución requerida. Durante este tiempo, aplicar salina tamponada con fosfato (PBS) usando un cuentagotas alrededor del punto de pestaña y la inserción para disolver cualquier PEG que está por encima del objetivo (Figura 7C). </li><li> El uso de un microposicionador motorizado, comenzar la extracción del rigidizador mediante la aplicación de un desplazamiento de100 micras, con una velocidad de 5 mm / seg. Este movimiento rápido inicial ayuda a superar cualquier fricción estática y minimizar el desplazamiento de la sonda. Luego, completar la extracción de refuerzo a una velocidad más lenta de aproximadamente 0,1 mm / segundo (Figura 7D). </li><li> En el caso de una cirugía real, continúe con los procedimientos normales para aplicar el gel, de silicona, y / o acrílico dental en el sitio de inserción para asegurar y proteger la sonda, como se demuestra en 21. </li></ol> 3. Prueba en gel de agarosa Esta sección del protocolo describe un sistema para arriba y el procedimiento para examinar la extracción del rigidizador en un gel de agarosa al 0,6% que se aproxima a las propiedades mecánicas a granel, el pH, la salinidad y de tejido cerebral 17,22. Dado que el gel es casi transparente a través de distancias cortas, la separación de refuerzo y el desplazamiento de la sonda se puede observar. <ol><li> Preparar una solución de 0,6% de agarosa en tampón fosfato salino (PBS). Mezclar en un elementovada temperatura para disolver completamente el polvo de agarosa. Vierta la solución en una caja de acrílico superficial; gel debe ser 3/4- 1 en profundidad. Permitir al gel establecer a temperatura ambiente durante una hora. </li><li> Asegúrese de que el gel endurecido está saturado con PBS para que no se seque, y calentar el gel a 37 ° C. </li><li> Configurar el micromanipulador, caja de gel de agarosa, y el sistema de cámara microscópica como se muestra en la Figura 8. </li><li> Insertar la referencia fiducial de vidrio en el cuadro de gel de deslizándolo entre el gel y el lado de la caja (Figura 8). Utilice un palillo de dientes para cuadrar las características en el fiducial referencia al campo de visión del microscopio digital. </li><li> Monte el conjunto de la sonda para el micromanipulador como se describe en el paso 2.1. </li><li> Coloque el conjunto de la sonda sobre el gel de 1 mm por detrás del fiducial referencia. </li><li> Insertar la sonda en el gel, usando la cámara para guiar a una profundidad deseada en el campo de visión. &lt;/ Li&gt; <li> Mueva inmediatamente el extremo del conector de la sonda para descansar en una superficie cercana. </li><li> Realice los ajustes necesarios a la imagen de la cámara para centrarse en la sonda (las características fiduciales de referencia pueden ser un poco fuera de foco). Tomar una instantánea de la ubicación de la sonda. </li><li> Permitir PEG para disolver (este tiempo puede variar, y de hecho puede ser un parámetro para ser probado). Aplicar PBS cerca de la pestaña para disolver PEG que está por encima del gel. </li><li> Inicie la captura de vídeo, si lo desea, y comenzar la extracción del refuerzo como se describe en el paso 2.5. Cuando la extracción se completa, tomar una instantánea definitiva de la ubicación de la sonda. </li><li> Utilice las herramientas de procesamiento de imágenes para comparar las imágenes antes y después de la extracción de refuerzo. Utilice las funciones del fiduciario de referencia que son visibles en el campo de visión para registrar (alinear) las imágenes. Calibrar la escala de la imagen basándose en el tamaño de las características conocidas de la sonda. Medir la distancia de desplazamiento de la sonda. </li></ol>

<ol><li>Polikov, V., Tresco, P., Reichert, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Response+of+brain+tissue+to+chronically+implanted+neural+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Response of brain tissue to chronically implanted neural electrodes.</a> Journal of Neuroscience Methods. 148, 1-18 (2005).</li>
<li>Lee, Y. T., Hitchcock, R. W., Bridge, M. J., Tresco, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chronic+response+of+adult+rat+brain+tissue+to+implants+anchored+to+the+skull%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Chronic response of adult rat brain tissue to implants anchored to the skull.</a> Biomaterials. 25 (12), 2229-2237 (2004).</li>
<li>Subbaroyan, J., Martic, D. C., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+finite-element+model+of+the+mechanical+effects+of+implantable+microelectrodes+in+the+cerebral+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">A finite-element model of the mechanical effects of implantable microelectrodes in the cerebral cortex.</a> Journal of Neural Engineering. 2, 103-113 (2005).</li>
<li>Lacour Sun, Y., S,, et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+the+biocompatibility+of+photosensitive+polyimide+for+implantable+medical+device+use%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Materials+Research+A%22%5BJournal%5D)">Assessment of the biocompatibility of photosensitive polyimide for implantable medical device use.</a> Journal of Biomedical Materials Research A. 90 (3), 648-655 (2009).</li>
<li>Kipke, D. R., Pellinen, D. S., Vetter, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+neural+implants+using+thin-film+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+International+Symposium+on+Circuits+and+Systems%22%5BJournal%5D)">Advanced neural implants using thin-film polymers.</a> IEEE International Symposium on Circuits and Systems. 4, 173-176 (2002).</li>
<li>Mercanzini, A., Cheung, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Demonstration+of+cortical+recording+using+novel+flexible+polymer+neural+probes%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+A%22%5BJournal%5D)">Demonstration of cortical recording using novel flexible polymer neural probes.</a> Sensors and Actuators A. 143, 90-96 (2008).</li>
<li>Stieglitz, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+biomedical+microdevices+with+double-sided+electrode+arrangements+for+neural+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Sensor+and+Actuators+A%22%5BJournal%5D)">Flexible biomedical microdevices with double-sided electrode arrangements for neural applications.</a> Sensor and Actuators A. 90, 203-211 (2001).</li>
<li>Tooker, A., Tolosa, V., Shah, K. G., Sheth, H., Felix, S., Delima, T., Pannu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymer+neural+interface+with+dual-sided+electrodes+for+neural+stimulation+and+recording%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+International+Conference+of+the+Engineering+in+Medicine+and+Biology+Society%22%5BJournal%5D)">Polymer neural interface with dual-sided electrodes for neural stimulation and recording.</a> Proceedings of the International Conference of the Engineering in Medicine and Biology Society. , 5999-6002 (2012).</li>
<li>Parylene microprobes with engineered stiffness and shape for improved insertion. Egert, D., Peterson, R. L., Najafi, K. Proceedings of Transducers '11, Beijing, China, , (2011).</li>
<li>Lee, K. -K., He, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polyimide-based+intracortical+neural+implant+with+improved+structural+stiffness%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Polyimide-based intracortical neural implant with improved structural stiffness.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 14, 32-37 (2004).</li>
<li>Takeuchi, S., Ziegler, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parylene+flexible+neural+probes+integrated+with+microfluidic+channels%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+On+A+Chip%22%5BJournal%5D)">Parylene flexible neural probes integrated with microfluidic channels.</a> Lab On A Chip. 5, 519-523 (2005).</li>
<li>Improving mechanical stiffness of coated benzocyclobutene (bcb) based neural implant. Singh, A., Zhu, H., He, J. Proceeding of the International Conference of the Engineering in Medicine and Biology Society, , 4298-4301 (2004).</li>
<li>Lewitus, D., Smith, K. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+resorbing+polymers+for+use+as+carriers+for+cortical+neural+probes%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomaterialia%22%5BJournal%5D)">Ultrafast resorbing polymers for use as carriers for cortical neural probes.</a> Acta Biomaterialia. 7, 2483-2491 (2011).</li>
<li>An ultra-compliant, scalable neural probe with molded biodissolvable delivery vehicle. Gilgunn, P. J., Khilwani, R., et al. Proceedings of the 2012 IEEE 25th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), , 56-59 (2012).</li>
<li>Ware, T., Simon, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+responsive%2C+softening+neural+interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Fabrication of responsive, softening neural interfaces.</a> Advanced Functional Materials. 22 (16), 3470-3479 (2012).</li>
<li>Harris, J. P., Capadona, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanically+adaptive+intracortical+implants+improve+the+proximity+of+neuronal+cell+bodies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">Mechanically adaptive intracortical implants improve the proximity of neuronal cell bodies.</a> Journal of Neural Engineering. 8, 1-13 (2011).</li>
<li>Kozai, T. D. Y., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Insertion+shuttle+with+carboxyl+terminated+self-assembled+monolayer+coatings+for+implanting+flexible+polymer+neural+probes+in+the+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Insertion shuttle with carboxyl terminated self-assembled monolayer coatings for implanting flexible polymer neural probes in the brain.</a> Journal of Neuroscience Methods. 184 (2), 199-205 (2009).</li>
<li>Bjugstad, K. B., Lampe, D. S., Kern, D. S., Mahoney, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biocompatibility+of+poly%28ethylene+glycol%29-based+hydrogels+in+the+brain%3A+An+analysis+of+the+glial+response+across+space+and+time%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Materials+Research+Part+A%22%5BJournal%5D)">Biocompatibility of poly(ethylene glycol)-based hydrogels in the brain: An analysis of the glial response across space and time.</a> Journal of Biomedical Materials Research Part A. 95 (1), 79-91 (2010).</li>
<li>Greenwalk, R. B., Choe, Y. H., McGuire, J., Conover, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effective+drug+delivery+by+pegylated+drug+conjugates%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Drug+Delivery+Reviews%22%5BJournal%5D)">Effective drug delivery by pegylated drug conjugates.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. 55 (2), 217-250 (2003).</li>
<li>Effects of adsorbed proteins and an antifouling agent on the impedance of silicon-based neural microelectrodes. Sommakia, S. S., Rickus, J. L., Otto, K. J. Proceedings of the 31st Annual IEEE EMBC International Conference, , 7139-7142 (2009).</li>
<li>Gage, G. J., Stoetzner, C. R., Richner, T., Brodnick, S. K., Williams, J. C., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surgical+Implantation+of+Chronic+Neural+Electrodes+for+Recording+Single+Unit+Activity+and+Electrocorticographic+Signals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Surgical Implantation of Chronic Neural Electrodes for Recording Single Unit Activity and Electrocorticographic Signals.</a> J. Vis. Exp. (60), e3565(2012).</li>
<li>Chen, Z. -J., Gillies, G. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+realistic+brain+tissue+phantom+for+intraparenchymal+infusion+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">A realistic brain tissue phantom for intraparenchymal infusion studies.</a> Journal of Neurosurgery. 101 (2), 314-322 (2004).</li>
<li>Removable silicon insertion stiffeners for neural probes using polyethylene glycol as a biodissolvable adhesive. Felix, S., Shah, K. G., George, D., Tolosa, V., Tooker, A., Sheth, H., Delima, T., Pannu, S. Proceedings of the International Conference of the Engineering in Medicine and Biology Society, , 871-874 (2012).</li>
</ol>

Los autores no tienen intereses financieros en competencia.

El método descrito aquí proporciona un proceso bien controlado para conectar sondas de polímero de película delgada para refuerzos separados con un adhesivo biodissolvable. También se presenta el procedimiento quirúrgico recomendado para implementar estos rigidizadores extraíbles y una técnica para validar el procedimiento in vitro para una configuración de la sonda-rigidizador dado. Desde el rigidizador puede hacerse arbitrariamente rígida, el método puede facilitar la inserción de sondas relativamente largos ...

Arrays de microelectrodos son una herramienta esencial en la neurociencia, así como nuevas aplicaciones clínicas como prótesis. En particular, las sondas de penetración de micro-electrodos permiten la estimulación y registro de la actividad neuronal a través de un estrecho contacto con las células en el cerebro, la médula espinal y los nervios periféricos. Un reto importante para las sondas nerviosas implantados es la estabilidad y la longevidad de las funciones de estimulación y registro. Modelado y experimentales estudios de la interacción entre sondas de microelectrodos y tejido neural han sugerido que un mecanismo para la degradación es de micro-desgarro de tejido neural debido a la ligera movimiento relativo entre la sonda y el tejido 1-3. Una solución consiste en fabricar sondas flexibles que responden más a las propiedades de rigidez mayor parte del tejido neuronal con el fin de minimizar los micromovimientos relativa. Como tales, los polímeros de película delgada biocompatibles tales como poliamida y parileno se han adoptado como sustratos favorables para MICROELECtrodo sondas 4-8. Una desventaja de las sondas flexibles es que son difíciles de insertar en el tejido neural. Los investigadores han adoptado diversos enfoques para facilitar la inserción de sondas flexibles mientras que preserva las propiedades mecánicas deseables. Una clase de diseños modifica la geometría de la sonda de polímero para aumentar la rigidez en ciertas secciones o ejes, manteniendo el cumplimiento de otras partes. Esto se ha logrado mediante la incorporación de costillas o capas de otros materiales de 9,10. Otro enfoque integra un canal de 3-D en el diseño de la sonda de polímero que se llena con material biodegradable 11. Esta sonda puede ser reforzada temporalmente, y después de la inserción del material en el que se disuelve el canal y se drena por la. Sin embargo, los métodos tales como estos que modifican de forma permanente la geometría del dispositivo implantado final, pueden comprometer algunas de las características deseables de la sonda flexible. Un método que tiene not alterar la geometría final sonda es encapsular el dispositivo de polímero con material biodegradable para endurecer temporalmente el dispositivo de 12 a 14. Sin embargo, los materiales típicos biodegradables tienen órdenes de módulos de Young de magnitud menor que la del silicio y se lo que exigen una mayor espesor para conseguir la misma rigidez. Adecuadamente el recubrimiento de la sonda puede resultar en una punta más redondeada o roma, lo que hace más difícil la inserción. Además, dado que los recubrimientos solubles están expuestos, hay un riesgo de que la disolución inmediatamente después del contacto, o incluso muy cerca, con el tejido. Otra clase de métodos utiliza materiales de sustrato nueva sonda que reducen la rigidez después de ser implantado en el tejido. Tales materiales incluyen polímeros con memoria de forma 15 y un nanocompuesto mecánicamente adaptativo 16. Estos materiales son capaces de disminuir en el módulo elástico significativamente después de la inserción, y pueden dar lugar a que sondas más estrechamente MatCh las propiedades mecánicas del tejido neural. Sin embargo, el intervalo alcanzable de la rigidez es todavía limitada, por lo que puede no ser capaz de proporcionar muy alta rigidez equivalente a la de silicio o de tungsteno cables. Así, en el caso de sondas flexibles que son muy largo (por ejemplo&gt; 3 mm) o que tienen muy baja rigidez, puede aún necesario un método para unir temporalmente un refuerzo más rígido. Otro método más prometedor reportado es recubrir un servicio de transporte de refuerzo con un auto-montaje permanente monocapa (SAM) para personalizar la interacción superficial entre el transbordador y la sonda flexible 17. Una vez seco, la sonda se adhiere a la lanzadera revestimiento electrostática. Después de la inserción, el agua migra sobre la superficie hidrófila, que separa la sonda de la lanzadera de modo que la lanzadera se puede extraer. Extracción de traslado con reducida desplazamiento de la sonda se demostró (85 micras). Sin embargo, con sólo interacciones electrostáticas que sostiene la sonda de tél lanzadera, hay un cierto riesgo de deslizamiento de la sonda con respecto a la lanzadera antes y durante la inserción. Hemos desarrollado un método en el que la sonda flexible está unido a un refuerzo con un material adhesivo biodissolvable temporal que sujeta firmemente la sonda durante la inserción. Las sondas utilizadas eran de poliimida, que tiene un módulo elástico del orden de 2-4 GPa. El refuerzo se fabrica a partir de silicio, con un módulo elástico de ~ 200 GPa. Cuando se conecta, la rigidez de la silicio domina, facilitar la inserción. Una vez insertado en el tejido, el material adhesivo se disuelve y el rigidizador se extrae para restaurar la sonda a su flexibilidad inicial. Hemos seleccionado polietilenglicol (PEG) como el material adhesivo biodissolvable. PEG se ha usado en aplicaciones implantados, como sondas neuronales, la ingeniería de tejidos, y 11,18,19 de administración de fármacos. Alguna evidencia sugiere que el PEG puede atenuar la respuesta neuroinflamatoria en el cerebrotejidos 18,20. En comparación con otros materiales posibles, incluyendo sacarosa, láctico-co-glicólico de ácido poli (PLGA), y el alcohol de polivinilo (PVA), el PEG tiene un tiempo de disolución en los fluidos biológicos que es de una escala adecuada para muchas cirugías de implantes (en el orden de los decenas de minutos, dependiendo del peso molecular). Además, es sólido a temperatura ambiente y líquida a temperaturas que van desde 50 hasta 65 ° C. Esta propiedad hace que sea especialmente adecuado para nuestro proceso de montaje de precisión. Por otra parte, similar a la SAM descrita en 17, el PEG disuelto es hidrófila, lo que facilita la extracción del rigidizador. Este enfoque ventajoso está habilitado de un nuevo diseño de refuerzo y metódico proceso de montaje que aseguran la cobertura adhesiva uniforme y una alineación precisa y repetible. Además del proceso de montaje, se presenta el método de aplicación del rigidizador extraíble durante la cirugía, así como un procedimiento in vitro para evaluar la extracción de la ITSffener. El protocolo presentado en el presente documento se supone que el usuario posee una sonda de microelectrodo de polímero flexible. La parte del protocolo en relación la fabricación del rigidizador y el montaje de esta sonda a un rigidizador asume acceso a las herramientas comunes que se encuentran en un centro de microfabricación. El protocolo relativo a la inserción y extracción probablemente se llevaría a cabo en un laboratorio de neurociencia de lucro.

<table><tbody><tr><td>Polietilenglicol, 10.000 g/mol</td><td>Sigma Aldrich</td><td>309028</td><td></td></tr><tr><td>Agarosa</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A9539</td><td></td></tr><tr><td>Flexible Sub-michr Die Bonder</td><td>Finetech</td><td>Fineplacer lambda</td><td></td></tr><tr><td>Micromanipulador</td><td>KOPF</td><td>1760-61</td><td></td></tr><tr><td>Microscopio Digital</td><td>Hirox</td><td>KH-7700</td><td></td></tr><tr><td>Revólver de Doble Iluminación Lente de zoom</td><td>Hirox</td><td>MXG-2500REZ</td><td></td></tr><tr><td>Actuador motorizado de precisión</td><td>Newport</td><td>LTA-HS</td><td>con controlador CONEX-CC</td></tr></tbody></table>

la inserción de sondas flexible neural usando refuerzos rígidos adjuntos con biodissolvable adhesivo

Insertion of Flexible Neural Probes Using Rigid Stiffeners Attached with Biodissolvable Adhesive

Se espera que las matrices de microelectrodos para dispositivos de interfaz neural que están hechos de polímero de película delgada han extendido biocompatible para toda la vida funcional porque el material flexible puede minimizar la respuesta adversa del tejido causada por el micromovimiento. Sin embargo, su flexibilidad evita que sean insertados correctamente en el tejido neural. Este artículo muestra un método para unir temporalmente una sonda microelectrodo flexible a un refuerzo rígido usando polietilenglicol biodissolvable (PEG) para facilitar la inserción precisa, quirúrgica de la sonda. Un diseño único de refuerzo permite una distribución uniforme del adhesivo de PEG a lo largo de la longitud de la sonda. Unión flip-chip, una herramienta común utilizada en la microelectrónica de envasado, permite la alineación y el acoplamiento de la sonda precisa y repetible al rigidizador. La sonda y el rigidizador se implantan quirúrgicamente juntos, entonces el PEG se deja que se disuelva de manera que el refuerzo se puede extraer dejando la sondaen su lugar. Finalmente, un método de ensayo in vitro se utiliza para evaluar la extracción de refuerzo en un modelo en gel de agarosa de tejido cerebral. Este enfoque de la implantación ha demostrado ser particularmente ventajoso para las sondas más largas flexibles (&gt; 3 mm). También proporciona un método factible para implantar sondas flexibles de doble cara. Hasta la fecha, la técnica se ha utilizado para obtener diversos datos de la grabación en vivo de la corteza de rata.

Esta técnica de inserción se utiliza en conjunción con LLNL sondas de poliamida de película fina, que han pasado la norma ISO 10993 normas de biocompatibilidad y están destinados a la implantación crónica. Una sonda típica de poliimida de película delgada se ilustra en la Figura 1 junto con un refuerzo de silicio que es de aproximadamente 10 mm de largo en la región estrecha. Este refuerzo tiene un canal de efecto de mecha a lo largo de su longitud, como se muestra en la Figura 2. Figura 3</stro...

La inserción de sondas flexibles de microelectrodos neurales está activada uniendo sondas para refuerzos rígidos con polietilenglicol (PEG). Un proceso de montaje único asegura uniforme y repetible de fijación. Después de la inserción en el tejido, el PEG se disuelve y el rigidizador se extrae. Un método de ensayo in vitro evalúa la técnica en gel de agarosa.

La inserción de sondas Flexible Neural Usando refuerzos rígidos adjuntos con Biodissolvable Adhesivo

Microelectrode  arrays for neural interface devices that are made of biocompatible thin-film  polymer are expected to have extended functional lifetime ...

El objetivo general de este procedimiento es implantar sondas neurales de película delgada flexibles en un tejido utilizando un refuerzo temporal. Esto se logra primero diseñando y fabricando refuerzos rígidos personalizados de silicio que coincidan con la sonda y que tengan un canal relleno con polietilenglicol soluble. El segundo paso consiste en utilizar un bonder de chip invertido para ensamblar el refuerzo a la sonda. A continuación, se inserta el conjunto de la sonda rigidizada en el tejido diana. El paso final consiste en permitir que el polietilenglicol se disuelva y extraer el vástago. En última instancia, el método demostrado puede utilizarse para implantar sondas microelectrodo flexibles en tejido neural para grabación y estimulación in vivo.La implicación de esta técnica se extiende hacia el tratamiento clínico de trastornos neurológicos porque los refuerzos removibles permiten dispositivos implantables flexibles que pueden reducir reacciones adversas en los tejidos. La principal ventaja de esta técnica frente a métodos existentes, como los materiales que se ablandan, es que puede permitir la inserción precisa de sondas arbitrariamente largas y delgadas. Fabricar un ref

insertion-flexible-neural-probes-using-rigid-stiffeners-attached-with

Research

Investigación

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingeniería

En este informe, proponemos una nueva aplicación de la luz de curado de resinas dentales base de montaje de los electrodos o sondas de microdiálisis en experimentos crónicos. Este material permite contacto directo con el cráneo.

Aplicación de curado con luz Resina Adhesivo Dental para los electrodos de montaje o sondas de microdiálisis en experimentos crónica

Se describen métodos para la gran escala de grabación de múltiples unidades individuales y potencial del campo local en comportando los roedores con sondas de silicio. Unidad de fabricación, el apego de la sonda a la unidad y los procesos de implantación de la sonda se ilustran con suficiente detalle para facilitar la réplica.

A gran escala de grabación de las neuronas por medio de sondas de silicio móviles en comportarse roedores

Fuente: Lefevre, M. C., et al., Dispositivos electrónicos orgánicos flexibles para la terapia de campo eléctrico pulsado del glioblastoma. J. Vis. Exp. (2022)Este video demuestra la implantación de una sonda flexible y biocompatible en un modelo de ratón de glioblastoma para administrar una terapia de campo eléctrico pulsado dirigida para aplicaciones neuroterapéuticas.

Implantación de una sonda biocompatible flexible en un modelo de ratón con glioblastoma

Este video muestra la fabricación de un electrodo plano que envuelve los nervios. Muestra la integración de metal blindado y capas precisas de polímero para una superficie de grabación efectiva. El proceso consiste en unir, curar, recortar y cortar capas de polímero para un contacto óptimo con los nervios y un registro preciso de la señal.

Fabricación de electrodos nerviosos de interfaz plana para registrar la actividad neuronal

Este artículo proporciona una descripción detallada sobre el proceso de fabricación de un electrodo del nervio interfaz plana de contacto alta densidad (FINA). Este electrodo está optimizado para la grabación y la estimulación de la actividad neuronal selectiva dentro de los nervios periféricos.

Fabricación de alta densidad, Contacto-Interface plana Electrodos nerviosas para aplicaciones de registro y estimulación

Malla electrónica sondas perfectamente integraran y proporcionan nivel estable, a largo plazo, solo-neurona grabación dentro del cerebro. Este protocolo utiliza malla electrónica para los experimentos en vivo , que implica la fabricación de la malla electrónica, carga en agujas, inyección estereotáctica, interfaces de entrada/salida, experimentos de la grabación y la histología del tejido con malla puntas de prueba.

Jeringa inyectable malla electrónica para electrofisiología roedor crónico estable

A continuación se describe un método para la implantación de múltiples matrices de electrodos de polímeros en regiones cerebrales anatómicamente distantes para la grabación electrofisiológica crónica en ratas que se mueven libremente. La preparación y la implantación quirúrgica se describen en detalle, con énfasis en los principios de diseño para guiar la adaptación de estos métodos para su uso en otras especies.

Implantación Crónica de Múltiples Matrices de Electrodos Flexibles de Polímeros

Aquí se presenta un protocolo para la fabricación de un sistema implantable para la grabación cronológica in vivo de potenciales electromiográficos evocados y espontáneos. El sistema se aplica a la investigación de la reinnervación de los músculos laríngeos después de la lesión nerviosa.

Un sistema implantable para la electromiografía crónica in vivo

Aquí, presentamos un implante único imprimible en 3D para ratas, llamado TD Drive, capaz de registros simétricos de electrodos de alambre bilaterales, actualmente en hasta diez áreas cerebrales distribuidas simultáneamente.

El TD Drive: un implante paramétrico de código abierto para registros electrofisiológicos multiárea en ratas que se comportan y duermen

Aquí, presentamos un sistema de implante de sonda liviano y rentable para electrofisiología crónica en roedores optimizado para la facilidad de uso, la recuperación de la sonda, la versatilidad experimental y la compatibilidad con el comportamiento.

El implante DREAM: un sistema de implantes ligero, modular y rentable para la electrofisiología crónica en ratones de cabeza fija y de comportamiento libre

Este protocolo detalla un procedimiento quirúrgico para realizar una cirugía de la médula espinal y para implantar y asegurar un vástago óptico sobre la médula espinal en roedores.

Implantación de dispositivos optoelectrónicos en la médula espinal de los roedores

Aprende a implantar sondas neuronales flexibles en tejido usando un refuerzo temporal de silicio con polietilenglicol biodisoluble. Este método permite la inserción precisa de microelectrodos para registro y estimulación in vivo.

La inserción de sondas Flexible Neural Usando refuerzos rígidos adjuntos con Biodissolvable Adhesivo

Explorar más videos