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

El objetivo general de este protocolo es fabricar electrodos de manguito de interfaz plana para su uso en aplicaciones de interfaz neuronal. El uso de electrodos de manguito de interfaz plana puede ayudar a resolver problemas en el campo de la neuroprótesis, como la forma de registrar la intención de mover una extremidad de los nervios. A pesar de que los electrodos de manguito tienen características submilimétricas, aún se pueden fabricar a mano de manera confiable.

Y el diseño es flexible. Se puede personalizar fácilmente para muchas aplicaciones de interfaz neuronal diferentes. Comience con un software CAD para producir un diagrama a escala real del electrodo.

Este diagrama determinará las dimensiones del electrodo y los sitios de colocación de los diversos componentes del electrodo. Del mismo modo, cree un archivo CAD adicional de los contactos y los componentes del electrodo, para que se produzcan utilizando maquinaria de corte por láser. En preparación, coloque los contactos centrales bajo el microscopio y únalos al cable con una soldadora por puntos.

Mantenga presionado el contacto para hacer una curva inicial en un ángulo de aproximadamente 45 grados y luego dóblelo alrededor del marco del contacto. Alterne los cables de contacto a cada lado del marco de la matriz. A continuación, coloque una hoja de transparencia sobre el diagrama guía y péguela con cinta adhesiva a la placa base.

Ahora, para comenzar la construcción, corta una pieza cuadrada de cinco cm de una lámina de silicona de cinco milésimas de pulgada de grosor. Colóquelo en la placa base sin atrapar burbujas de aire. A continuación, prepare dos gramos de silicio sin curar y desgasifique en una cámara de vacío durante tres minutos.

Suelte y vuelva a aplicar la aspiradora periódicamente para que el aire atrapado pueda escapar. Ahora, aplique una línea delgada de silicona sin curar en las ubicaciones de los segmentos del espaciador de acuerdo con la guía. A continuación, adhiera los componentes del espaciador preparados a sus regiones designadas presionándolos sobre la lámina de silicona.

Ahora, coloque el silicio en un horno isotemp precalentado a 130 grados centígrados durante 30 minutos seguido de enfriamiento durante 10 minutos. Ahora, coloque los contactos de referencia en sus ubicaciones designadas, con los puntos de soldadura hacia arriba y los cables de contacto enrutados hacia la línea media del manguito para salir por el extremo más alejado. Después de asegurarse de la posición correcta, presione los contactos hacia abajo sobre la capa de silicona y deposite el silicio sin curar en los orificios pasantes.

A continuación, asegure temporalmente los cables con cinta adhesiva y cure la silicona a 130 grados centígrados durante 90 minutos o toda la noche a temperatura ambiente. Una vez que los contactos de referencia estén asegurados con silicona, utilice la misma técnica para conectar la matriz de contactos central. Es importante destacar que los contactos centrales deben colocarse con precisión para obtener una grabación de alta calidad.

También es fundamental el enrutamiento adecuado de los cables a los sitios de salida designados. Corte una hoja de transparencia de un cm por cinco cm y utilícela para cubrir las matrices de contacto centrales. A continuación, pégalo con cinta adhesiva a la placa base.

Coloque la pequeña barra de fijación en el centro del electrodo y sujétela a la placa base para asegurar los contactos centrales en su lugar mientras se cura el silicio. Una vez curado, retire la pequeña barra de accesorios. A continuación, retire toda la cinta que sujeta los cables para las referencias y los contactos metálicos, y retire suavemente la lámina transparente para exponer las matrices de contactos metálicos.

Ahora, corta una pieza cuadrada de transparencia que tenga el mismo ancho que el electrodo y tenga cinco cm de largo. A continuación, corte un trozo cuadrado de lámina de silicona que pueda cubrir toda la superficie del electrodo. Ahora, coloque esta silicona sobre la pieza de transparencia y estírela para eliminar cualquier irregularidad y evitar que las burbujas de aire queden atrapadas.

A continuación, corte cuatro trozos de tubo de silicona, cada uno de cinco cm de largo, y colóquelos en los sitios de salida siguiendo el diagrama. Deje un espacio de dos mm entre el borde del electrodo y el tubo. Mientras sujeta cada par de tubos con pinzas, pegue los tubos comenzando a un mm de distancia del extremo del tubo.

Ahora, organice los cables de los contactos intermedios y las referencias en paquetes. Luego, páselos por el tubo correspondiente cerca de los sitios de salida. Haz esto para todos los tubos.

A continuación, desde un recipiente de mezcla al vacío, o una jeringa, deposite lentamente una cantidad generosa de silicio sin curar sobre todo el cuerpo del electrodo. Ahora, coloque la estructura de silicona y transparencia sobre el silicio sin curar. Alinee la pieza de transparencia con el electrodo mientras mantiene la lámina de silicona adherida a él.

A continuación, pega la transparencia con cinta adhesiva y aplica una ligera presión para eliminar las burbujas de aire atrapadas. Finalmente, coloque la barra de fijación grande en el centro del electrodo y sobre el segmento de transparencia. A continuación, sujételo a la placa base con una presión moderada y cure completamente el silicio.

Para agregar una capa de protección, retire la barra de accesorios grande y retire la pieza de transparencia con pinzas. A continuación, coloque la lámina protectora en el centro de cada cara del electrodo y presiónela suavemente en el electrodo. A continuación, deposite un poco de silicona sin curar en los orificios pasantes y cúrela parcialmente durante 30 minutos a 130 grados centígrados.

Una vez que se haya enfriado a temperatura ambiente, coloque cinta adhesiva sobre los extremos exteriores del electrodo y sobre las bridas de cierre para mantener el silicio fuera de estos segmentos. Luego, repita el proceso de agregar una capa de silicona para cubrir todo el cuerpo del electrodo. A continuación, coloque láminas de silicona y transparencia sobre el electrodo, y luego asegúrelas con una barra de fijación grande y cure el silicio.

Después del curado, para completar el proceso, retire el exceso de silicona y la cinta. Luego, corte las ventanas a través de la silicona para exponer los segmentos del espaciador y use pinzas para quitar los segmentos del espaciador. A continuación, bajo un microscopio, retire la cinta y la silicona sobre los tubos hasta que esté al nivel del cuerpo del electrodo.

Luego, corte con cuidado alrededor del perímetro del electrodo hasta la placa base. Ahora, teniendo cuidado de no dañar el electrodo, siga el diagrama guía para dar forma a los sitios de salida del cable. Corta un triángulo entre cada par de tubos que atraviese completamente las capas de electrodos y llegue al lado exterior.

Ahora, corte las ventanas en el silicio que cubre la capa de protección. Luego, deslice la sutura de polipropileno entre la base del electrodo y la capa transparente adyacente y utilícela para deslaminar el electrodo del manguito casi terminado. Finalmente, corte las ventanas del silicio para exponer los contactos centrales y los contactos de referencia.

El electrodo FINE fabricado se utilizó para registrar la actividad del nervio ciático en un perro durante 7,5 meses. Se implementó un preamplificador personalizado y un amplificador de instrumentación de entrada super-beta. El electrodo se implantó alrededor del nervio suturando los dos bordes libres juntos.

El manguito aplana el nervio mientras conserva la flexibilidad en la dirección longitudinal. Se midió la respuesta del electrodo al aumento de los niveles de presión dentro del manguito. Al nivel de presión diastólica de mercurio de 67 mm, el manguito se expandió a 1,25 de su área de sección transversal inicial.

Esta expansión se puede emplear para compensar la hinchazón del nervio después del procedimiento de implante. Se midieron periódicamente varios parámetros durante la duración crónica del implante. La relación señal/ruido se mantuvo estable durante los 7,5 meses.

La impedancia de contacto, medida a 1 kHz, también se mantuvo estable. Por último, nunca hubo más de dos contactos inactivos que se observaron debido a malas conexiones a través de la piel del animal. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo fabricar electrodos nerviosos multicanal similares y poder ajustar el diseño para cumplir con los requisitos de su aplicación final.

El uso de estos electrodos ha allanado el camino para que los investigadores en el campo de las neuroprótesis registren las señales voluntarias de los nervios.