Fabbricazione di High Contact-Density, Flat-Interface Elettrodi nervose per la registrazione e la stimolazione Applicazioni

L'obiettivo generale di questo protocollo è quello di fabbricare elettrodi a cuffia a interfaccia piatta da utilizzare in applicazioni di interfaccia neurale. L'uso di elettrodi a cuffia con interfaccia piatta può aiutare a risolvere problemi nel campo delle neuroprotesi, come ad esempio come registrare l'intenzione di spostare un arto dai nervi. Anche se gli elettrodi del bracciale hanno caratteristiche submillimetriche, possono comunque essere realizzati a mano in modo affidabile.

E il design è flessibile. Può essere facilmente personalizzato per molte diverse applicazioni di interfaccia neurale. Inizia con un software CAD per produrre un diagramma in scala reale dell'elettrodo.

Questo diagramma determinerà le dimensioni dell'elettrodo e i siti di posizionamento dei vari componenti dell'elettrodo. Allo stesso modo, è possibile creare un file CAD aggiuntivo dei contatti e dei componenti dell'elettrodo, in modo che possano essere prodotti utilizzando macchinari per il taglio laser. In preparazione, posizionare i contatti centrali sotto il microscopio e incollarli al piombo utilizzando una saldatrice a punti.

Tenere premuto il contatto per eseguire una piegatura iniziale con un angolo di circa 45 gradi, quindi piegarlo attorno al telaio del contatto. Alternare i conduttori di contatto su ciascun lato del frame dell'array. Quindi, posizionare un foglio lucido sopra lo schema di guida e fissarlo con del nastro adesivo alla piastra di base.

Ora, per iniziare la costruzione, ritaglia un pezzo quadrato di cinque cm da un foglio di silicone spesso cinque mil. Posizionarlo sulla piastra di base senza intrappolare bolle d'aria. Quindi, preparare due grammi di silicio non polimerizzato e degassarlo in una camera a vuoto per tre minuti.

Rilasciare e riapplicare periodicamente il vuoto in modo che l'aria intrappolata possa fuoriuscire. Ora, applicare una linea sottile di silicone non polimerizzato nelle posizioni dei segmenti del distanziatore secondo la guida. Quindi, far aderire i componenti del distanziatore preparati sulle regioni designate premendoli sul foglio di silicone.

Ora, metti il silicone in un forno isotemp preriscaldato a 130 gradi Celsius per 30 minuti, seguito da un raffreddamento per 10 minuti. Ora, posiziona i contatti di riferimento nelle posizioni designate, con i punti di saldatura rivolti verso l'alto e i cavi di contatto instradati verso la linea mediana del bracciale per uscire dall'estremità più lontana. Dopo aver verificato il corretto posizionamento, premere i contatti sullo strato di silicone e depositare il silicone non polimerizzato nei fori passanti.

Quindi, fissare temporaneamente i cavi con del nastro adesivo e polimerizzare il silicone a 130 gradi Celsius per 90 minuti o durante la notte a temperatura ambiente. Una volta che i contatti di riferimento sono fissati con il silicio, utilizzare la stessa tecnica per collegare l'array di contatti centrali. È importante sottolineare che i contatti centrali devono essere posizionati con precisione per ottenere una registrazione di alta qualità.

Anche il corretto instradamento dei lead verso i siti di uscita designati è fondamentale. Taglia un foglio di lucido di un cm per cinque cm e usalo per coprire gli array di contatti centrali. Quindi fissarlo con nastro adesivo alla piastra di base.

Posizionare la piccola barra di fissaggio al centro dell'elettrodo e fissarla alla piastra di base per fissare i contatti centrali in posizione mentre il silicone si indurisce. Una volta indurito, rimuovere la piccola barra di fissaggio. Quindi, rimuovere tutto il nastro che fissa i cavi per i riferimenti e i contatti metallici e rimuovere delicatamente il foglio trasparente per esporre gli array di contatti metallici.

Ora, taglia un pezzo quadrato di trasparenza che abbia la stessa larghezza dell'elettrodo e sia lungo cinque cm. Quindi, tagliare un pezzo quadrato di foglio di silicone che possa coprire l'intera superficie dell'elettrodo. Ora, stendi questo silicone sul pezzo di trasparenza e allungalo per rimuovere eventuali irregolarità e per evitare che le bolle d'aria rimangano intrappolate.

Quindi, tagliare quattro pezzi di tubo di silicone, ciascuno lungo cinque cm, e posizionarli nei siti di uscita seguendo lo schema. Lasciare uno spazio di due mm tra il bordo dell'elettrodo e il tubo. Tenendo premuto ogni paio di tubi con una pinzetta, fissali con del nastro adesivo partendo da un mm di distanza dall'estremità del tubo.

Ora, disponi i cavi dei contatti centrali e i riferimenti in pacchetti. Quindi, passarli attraverso il tubo corrispondente vicino ai siti di uscita. Fallo per tutti i tubi.

Successivamente, da un contenitore di miscelazione sottovuoto o da una siringa, depositare lentamente una generosa quantità di silicio non polimerizzato su tutto il corpo dell'elettrodo. Ora, posiziona il silicio e la struttura trasparente sul silicio non polimerizzato. Allineare il pezzo di trasparenza con l'elettrodo mantenendo il foglio di silicone aderente ad esso.

Quindi, fissare con nastro adesivo la trasparenza e applicare una leggera pressione per rimuovere eventuali bolle d'aria intrappolate. Infine, posizionare la barra di fissaggio grande al centro dell'elettrodo e sopra il segmento di trasparenza. Quindi fissarlo alla piastra di base con una pressione moderata e polimerizzare completamente il silicone.

Per aggiungere uno strato di schermatura, rimuovere la barra di fissaggio grande e rimuovere il pezzo di trasparenza con una pinzetta. Quindi posizionare il foglio di schermatura al centro di ciascuna faccia dell'elettrodo e premerlo delicatamente nell'elettrodo. Quindi depositare un po' di silicio non polimerizzato nei fori passanti e polimerizzarlo parzialmente per 30 minuti a 130 gradi Celsius.

Una volta raffreddato a temperatura ambiente, posizionare del nastro adesivo sulle estremità esterne dell'elettrodo e sulle flange di chiusura per tenere il silicone fuori da questi segmenti. Quindi, ripetere il processo di aggiunta di uno strato di silicio per coprire l'intero corpo dell'elettrodo. A questo punto, posizionando fogli di silicone e lucidi sull'elettrodo, quindi fissarli con una grande barra di fissaggio e polimerizzare il silicone.

Dopo l'indurimento, per completare il processo, rimuovere il silicone in eccesso e il nastro. Quindi, taglia le finestre attraverso il silicone per esporre i segmenti distanziatori e usa una pinzetta per rimuovere i segmenti distanziatori. Quindi, al microscopio, rimuovere il nastro e il silicone sui tubi fino a quando non è a livello del corpo dell'elettrodo.

Quindi, tagliare con cura il perimetro dell'elettrodo fino alla piastra di base. Ora, facendo attenzione a non danneggiare l'elettrodo, seguire lo schema guida per modellare i siti di uscita dell'elettrocatetere. Ritagliare un triangolo tra ogni coppia di tubi che attraversi completamente gli strati degli elettrodi e sul lato esterno.

Ora, taglia le finestre nel silicone che copre lo strato di schermatura. Quindi, far scorrere la sutura in polipropilene tra la base dell'elettrodo e lo strato trasparente adiacente e utilizzarla per delaminare l'elettrodo della cuffia quasi finito. Infine, ritaglia le finestre dal silicone per esporre i contatti centrali e i contatti di riferimento.

L'elettrodo FINE fabbricato è stato utilizzato per registrare l'attività del nervo sciatico in un cane per oltre 7,5 mesi. Sono stati implementati un preamplificatore personalizzato e un amplificatore per strumentazione di ingresso super-beta. L'elettrodo è stato impiantato attorno al nervo suturando insieme i due bordi liberi.

Il polsino appiattisce il nervo mantenendo la flessibilità in direzione longitudinale. È stata misurata la risposta dell'elettrodo all'aumento dei livelli di pressione all'interno del bracciale. Al livello di pressione diastolica di 67 mm di mercurio, la cuffia è stata espansa a 1,25 della sua area di sezione trasversale iniziale.

Questa espansione può essere impiegata per compensare il gonfiore dei nervi dopo la procedura di impianto. Diversi parametri sono stati misurati periodicamente durante la durata cronica dell'impianto. Il rapporto segnale/rumore è rimasto costante per tutti i 7,5 mesi.

Anche l'impedenza di contatto, misurata a 1 kHz, è rimasta stabile. Infine, non ci sono mai stati più di due contatti inattivi che sono stati osservati a causa di cattive connessioni attraverso la pelle dell'animale. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come fabbricare elettrodi nervosi multicanale simili ed essere in grado di regolare il design per soddisfare i requisiti dell'applicazione finale.

L'uso di questi elettrodi ha aperto la strada ai ricercatori nel campo delle neuroprotesi per registrare i segnali volontari dai nervi.