神経活動を記録するためのフラットインターフェース神経電極の作製

要約

出典:Dweiri, Y. M., et al.記録および刺激アプリケーションのための高接触密度、フラットインターフェース神経電極の作製。J. Vis. Exp.(2016年)

このビデオは、平らな神経ラッピング電極の製作を示しています。シールドメタルと精密なポリマー積層の統合により、効果的な記録面を実現している。このプロセスでは、最適な神経接触と正確な信号記録のために、ポリマー層の接着、硬化、トリミング、および切断を行います。

プロトコル

1. 電極部品の準備

1. 精密な切断が必要な電極部品を4つ集め(レーザー切断を使用)、材料一覧を参照してください。これらのコンポーネントは次のとおりです(図1):
   コンタクトアレイフレーム:このフレームは、厚さ125μmのポリエーテルエーテルケトン(PEEK)シートで構成されています。カフの幅全体をカバーし、中央の接点を保持し、曲がりくねった形のエッジを備えています(図1B)。中央の接点はガイドチャネルに包まれています。したがって、接点の露出幅はチャネルの幅によって制限され、間隔はチャネル間の間隔によって決定されます。
   中央の接点ストリップ:中央の接点は、これらのストリップを接点アレイフレームに巻き付けることによって形成されます(図1B)。プラチナ/10%イリジウムシートからガイドチャネルの幅に合わせてストリップを切り取り、フレームの周りに完全に折りたたまれるように長さを追加します。接点のリード線をストリップの主軸に対して0°の角度でスポット溶接します。
   参照連絡先:4つの参照が必要です。これらの接点の長辺は、袖口の内側に完全に収まるように、袖口の幅よりもわずかに短くなっています。各基準接点をリード線にスポット溶接します。接点の主軸に対して 90º の角度で
   PEEKスペーサー:スペーサーは、電極上に薄い領域を作成し、曲げたり閉じたりできるようにします(図1C)。すべてのスペーサーはPEEKでできており(他の材料を使用することもできます)、電極の長さにカットされています。中央のスペースの幅は、電極の高さと等しくなります。

2. 接点配列の準備

1. ステップ1で作成したコンポーネントを、エタノールで2分間、40KHzおよび室温で超音波処理し、次に同じ超音波処理パラメータの下で蒸留脱イオン水で2分間超音波処理することにより洗浄します。乾かします。
2. レーザーカットされた残留物や表面の変形などの欠陥がないか、接点を目視で検査します。
3. 溶接スポットを上に向けて、顕微鏡下で接点を1つずつ配置します。自由端から始めて、ピンセットで接点をその長さの約1/3で保持します。接点を保持したままリード線を45°の角度に持ち上げて、最初の曲げを行います。
溶接部を
4. 上に向けて、事前に曲げられた接点をアレイフレームの下に配置します。ピンセットでフレームを押さえ、リード線を45°の角度に上げて、2回目の曲げを行います。フレームを押し下げたまま、ピンセットで接触の自由端をつかみ、180°の角度で曲げます(フレームの中央線に向かって折ります)。
5. 接点をまっすぐにしてオペレーターの方に引き、180°の角度で曲げます(中央の線に折ります)。スポット溶接点は、2つの曲げ端の間に囲まれている必要があります。
6. 残りの連絡先について、手順2.3から2.5を繰り返します。できるだけタイトにします。アレイ・フレームの両側の接点リード線を交互に並べます。

3. 袖口レイアウトガイド

1. フラットな開いた位置でカフの2D図を作成します。
   手記：任意のCAD(コンピューター支援設計)ソフトウェアを使用して、真のスケールの図を作成します。この図は、さまざまな電極コンポーネントの電極寸法と配置場所を決定します。
2. 2D図を通常の紙に印刷して、通常の印刷機を使用して縮尺を伸縮させ、図面を中央にして5cm×5cmの正方形のピースを切り取ります。
3. メスで、熱透明シート(T1)の5cm×5cm四方を切り取ります。
4. 透明ピースT1をダイアグラム用紙の上に置き、次にダイアグラムを上に向けてベースプレートに両方の層を置きます。ベースプレートに粘着テープでテープで固定します。

4. 電極ベース層と基準接点の配置

1. 5cm×5cmのシリコンシートをメス(S1)で切り抜き、透明層にのせます。まず、1つの角を落とし、次にシートの残りの部分をゆっくりと下げて、T1シートとS1シートの間に気泡が閉じ込められないようにします(図2A)。
2. メーカーのデータシートの指示に従って、約2gの未硬化シリコーンを混合します。滅菌した木製の攪拌棒で2つの部分をしっかりとかき混ぜます。ミックスを真空チャンバーに3分間置きます。真空を循環させて、気泡が表面に浮かび上がるときに泡を排除します。isotempオーブンを130ºC.
   に予熱します 手記： ラテックス手袋は、シリコーンの硬化プロセスを阻害することができます。また、硫黄も含まれているため、作業面に汚染物質が残る可能性があります。代わりにニトリル手袋を使用することをお勧めします。
3. デンタルピックツールを使用して、ガイド図上のスペーサーセグメントの中央に沿って未硬化のシリコンの細い線を貼り付けます。
4. スペーサーを指定された領域に置き、シリコンシートS1に押し付けます。
5. シリコーンをアイソテンプオーブンで30分間部分的に硬化させ、10分間冷まします。
6. 参照接点を指定された領域に配置します。溶接点が上を向いており、接触リード線がカフの正中線に向かって配線され、遠端から出ていることを確認します。正しい位置決めを確認したら、接点をシリコン層S1に押し下げます。未硬化のシリコーンをスルーホールに堆積させます。
7. リード線をテープで留めてから、シリコンを130°Cで90分間、または室温で一晩硬化させます(図2B)。

5. センター接点配列の配置

1. 1.5cm×5cmの透明ピースをメス(T2)で切り取ります。リファレンスリード線を中央領域から離してテープで固定し、次のステップで接点アレイの下を走るのを防ぎます。
2. リード線側を上にして、接点アレイを専用の場所に配置します。未硬化のシリコーンを堆積させて、アレイを所定の位置に固定します。
3. 5.1(T2)のピースを電極の正中線を横切り、アレイの上に置き、それらを押さえます。アレイを押し下げながら、両端をテープで固定します。アレイを専用の位置に手動で合わせます。袖口の周囲の外側にリード線をテープで留めます。
4. 小さなフィクスチャバーを電極の中央を横切り、透明セグメントT2の上に配置します。適度な圧力でベースプレートに固定し、中央の接点をベースシリコン層S1に押し付けます。
5. シリコンを130°Cで90分間、または室温で一晩完全に硬化させます。

6. 電極部品の埋め込み

1. 小さなフィクスチャバーを取り外し、透明なシートT2をそっと取り外して、中央の接点アレイを露出させます。リファレンスと中央の接点のリード線を固定しているテープをすべて取り外します(図2C)。
2. メスで透明シートの正方形を電極と同じ幅、長さ5cmにカットし(T3)、次にシリコンシートの正方形を電極表面全体を覆うようにカットします(S2)。
3. 透明ピース(T2)の上にシリコンシート(S3)を置き、伸ばして波や凹凸を取り除き、間に気泡が挟まらないようにします。
4. 長さ5cmのシリコンチューブを4本カットします。ガイド図で割り当てられたリードの出口に配置します。電極とチューブの端の間に2mmのスペースを残します。チューブの各ペアをピンセットで押さえながら、チューブの端から1mm離れたところからチューブをテープで留めます。もう一方のペアについても繰り返します。
5. 中央の接点と参照を束に配置してリードし、出口サイト近くの対応するチューブに通します。他の3つのチューブについても繰り返します。(図2D)。
6. 電極本体全体に未硬化のシリコーンをたっぷりと堆積させます.
   手記： このステップで気泡が形成されないようにするには、真空にした混合容器から未硬化のシリコーンをゆっくりと注ぐか、注射器で注入します。
7. 6.3の構造を、シリコンシートS2を下に向けて堆積した未硬化シリコンの上に置きます。透明ピースT3を電極に合わせ、シリコンシートS2を接着したままにします。
8. 透明ピースT3をテープで留めてから、圧力をかけて閉じ込められた気泡を排出します。大きなフィクスチャバーを電極の中央を横切り、透明セグメントT3の上に配置します。次に、適度な圧力でベースプレートに固定します。シリコンを130°Cで90分間、または室温で一晩完全に硬化させます。

7. 遮蔽層の配置(カフスの記録に推奨)

1. 大きなフィクスチャーバーを取り外し、透明ピース(T3)をピンセットで剥離します。シールドシートを電極の各面の中央に置き、わずかに圧力をかけて電極に押し込みます。未硬化のシリコーンをスルーホールに堆積させます。
2. シリコーンを130°Cで30分間部分的に硬化させ、その後、室温まで完全に冷まします。電極の外側の端とクロージングフランジに粘着テープを貼って、これらのセグメントに未硬化のシリコーンが余分に追加されないようにします。
3. 手順 6.6 から 6.8 を繰り返します。

8. 完成した電極の切り出し

1. 手順7.2で追加した粘着テープの上の余分なシリコンをメスの刃で剥がして切り取り、粘着テープを慎重にはがします。
2. シリコンを通して窓を切り取り、S2層を通してスペーサーセグメントを露出させます。埋め込まれたスペーサーセグメントをピンセットで抽出します。このステップにより、これらの領域(元々はS1)にボイドが残り、柔軟な単一のシリコーンシートが形成されます。
3. シリコンチューブを覆っている粘着テープの上にある余分なシリコンをはがし、メスの刃でチューブを電極本体と水平にカットします。
4. 電極の周囲をベースプレートまで切り取ります。
5. ベースプレートを通して各チューブペアの間に三角形を切り取ります。外側で、ガイド図に従ってリードの出口を形作ります。最後のステップで電極本体から剥がれたシリコン材料をすべて取り除きます。

9. 接触の露出とシールド層

1. シールド層を覆うシリコン層S2を通して窓を切り取ります。ポリプロピレン縫合糸フィラメントを電極ベース(層S1)とベースプレート上の透明層T1の間に滑り込ませて、完成したカフ電極を剥離します。
2. 中心接点とシリコーン層S1が上を向くように電極を裏返し、ベースシリコーン層S1を通して窓を切り取って露出させます。これを外部基準接点に対して繰り返し、接点の中心に沿って幅1mmのセグメントを露出させます。基準接点の側面にある安定化スルーホールが電極本体内に完全に埋め込まれていることを確認します。

10. リード線へのコネクタのはんだ付け

1. はんだ物質をリード線とコネクタピンに別々に堆積させ、はんだごてで両方の部品を加熱して溶かします.
   手記： DFTリード線は、銀のコアを囲み、ニッケル-コバルト基合金MP35Nの外層で構成しています。これらの電線にはんだ物質を蒸着するためには、電線に付着させるために特殊なフラックスを使用する必要があります(材料リストをご参照ください)。

結果

図1:FINEとそのコンポーネントの概要。A)開いた位置でFINEと精密なカットが必要な4つの主要な建築部品。これらのコンポーネントは、接点アレイフレーム(I)、中央の接点ストリップ(II)、基準接点(III)、PEEKスペーサー(IV)です。カフは、神経に対する接触配置に対して下を向いています。スペーサー(IV)は組み立て後に取り外します。B)中央の接点の拡大図と、それらを中央のフレームの周りに折りたたんで固定する手順。C)電極の折り畳み構成。

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
プラチナイリジウム箔	アルファ・アエサル	41802	90%プラチナイリジウム
DFTワイヤー	フォートウェインメタルズ	35N LT-DFT-28%Ag
リードコネクタ	オムネティクスコネクタ株式会社	MCS-27-SS
シリコンシート	スペシャリティシリコンファブリケーター	0.005 "x12" x12 "シリコーンシート	高デュロメーター、加硫
ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)シート	ピークオプティマ	0.005シートLT3グレード
ポリエステルスタベライジングメッシュ	外科用メッシュ製	PETKM2002
シリコンチューブ(0.04インチ内径0.085インチ外径)	シルコンメディカル/ニューエイジインダストリーズ。	2810458
外側シールド層	アルファ・エーザー、A・ジョンソン・マッセイ	MFCD00003436 (11391)	金箔、厚さ0.004インチ
透明シート	アポロ	APOCG7060
超音波浴用クリーナー	テラユニバーサル	2603-00A-220
Isotemp標準ラボオーブン	フィッシャーサイエンティフィック	13247637グラム
光学顕微鏡	フィッシャーサイエンティフィック	15-000-101
ピンセット	テクニック	18049アメリカ(2A-SA)
外科用ブレードハンドル	アスペンサージカル製品	371031
ベースフレーム	マクマスター・カー	9785K411
サポートビーム	マクマスター・カー	9524K359
2つの部分からなるシリコーン	ヌシル	メッド4765
はんだ付けフラックス	SRAはんだ付け製品	FLS71
テープ	3Mヘルスケア	1535から0(SKUMMM15350H)	紙、低刺激性サージカルテープ
スポット溶接機	ユニテック	101F溶接ヘッド付き125電源
レーザー切断プラットフォーム	ユニバーサルレーザーシステム	PLS6.150Dの	150ワットレーザー