신경 활동을 기록하기 위한 평면 신경 전극의 제작

초록

출처: Dweiri, Y. M., et al. 기록 및 자극 응용 분야를 위한 높은 접촉 밀도, 평면 인터페이스 신경 전극 제작. J. Vis. 특급 (2016년)

이 비디오는 평평한 신경 감싸는 전극의 제작을 보여줍니다. 효과적인 녹음 표면을 위해 차폐 금속과 정밀한 폴리머 레이어링의 통합을 보여줍니다. 이 과정에는 최적의 신경 접촉과 정확한 신호 기록을 위해 폴리머 층을 부착, 경화, 트리밍 및 절단하는 작업이 포함됩니다.

프로토콜

1. 전극 구성 요소 준비

1. 제조하기 전에 정밀 절단이 필요한 4개의 전극 구성 요소(레이저 절단이 사용되었습니다. 재료 목록 참조)를 수집합니다. 이러한 구성 요소는 다음과 같습니다(그림 1):
   접점 어레이 프레임: 이 프레임은 125μm 두께의 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 시트로 구성됩니다. 커프의 전체 너비를 덮고 중간 접점을 유지하며 구불구불한 모양의 가장자리가 있습니다(그림 1B). 중간 접점은 가이드 채널에 싸여 있습니다. 따라서 접점의 노출 너비는 채널 너비에 의해 제한되고 간격은 채널 사이의 간격에 의해 결정됩니다.
   중간 접점 스트립: 중간 접점은 접점 어레이 프레임 주위에 이러한 스트립을 감싸서 형성됩니다(그림 1B). Platinum/10% Iridium 시트의 스트립을 가이드 채널의 너비에 맞게 자르고 길이를 추가하여 프레임 주위로 완전히 접힐 수 있도록 합니다. 스트립의 장축과 0º 각도로 접점의 리드를 스폿 용접합니다.
   참조 연락처: 4개의 참조가 필요합니다. 이러한 접점의 긴 치수는 커프 내부를 완전히 포함할 수 있도록 커프 너비보다 약간 짧습니다. 각 참조 접점을 접점의 장축을 기준으로 90º 각도로 리드에 스폿 용접합니다.
   PEEK 스페이서: 스페이서는 전극에 더 얇은 영역을 만들어 굽힘 및 닫을 수 있습니다(그림 1C). 모든 스페이서는 PEEK(다른 재료를 사용할 수 있음)로 만들어지며 전극의 길이에 맞게 절단됩니다. 중간 공간의 너비는 전극의 높이와 같습니다.

2. 연락처 배열 준비

1. 1 단계에서 만든 구성 요소를 에탄올에서 40 KHz 및 실온에서 2 분 동안 초음파 처리 한 다음 동일한 초음파 처리 매개 변수에서 증류수 탈이온수에서 2 분 동안 청소합니다. 말리십시오.
2. 접점에 레이저 절단 잔여물 또는 표면 변형과 같은 결함이 있는지 육안으로 검사합니다.
3. 용접 지점이 위를 향하도록 현미경 아래에 접점을 하나씩 배치합니다. 자유 끝에서 시작하여 핀셋과의 접점을 길이의 약 1/3로 잡습니다. 리드를 45º 각도로 올리고 접점을 유지하면서 첫 번째 구부리기를 만듭니다.
4. 용접부가 위를 향하도록 어레이 프레임 아래에 미리 구부러진 접점을 놓습니다. 핀셋으로 프레임을 잡고 리드를 45º 각도로 들어 올려 두 번째 구부리기를 만듭니다. 프레임을 계속 누른 상태에서 핀셋으로 접촉하는 다른 쪽 끝을 잡고 180º 각도로 구부립니다(프레임의 중간선 쪽으로 접음).
5. 접점을 곧게 펴고 작업자 쪽으로 당긴 다음 180º 각도로 구부립니다(중간선까지 접음). 이제 스폿 용접 지점이 두 굽은 끝 사이에 둘러싸여야합니다.
6. 나머지 연락처에 대해 2.3-2.5단계를 반복합니다. 가능한 한 꽉 조이십시오. 어레이 프레임의 양쪽에 있는 접점 리드를 번갈아 가며 사용합니다.

3. 커프 레이아웃 가이드

1. 평평하게 열린 위치에서 커프의 2D 다이어그램을 만듭니다.
   메모: CAD(Computer-Aided Design) 소프트웨어를 사용하여 실제 축척 다이어그램을 생성할 수 있습니다. 이 다이어그램은 다양한 전극 구성 요소에 대한 전극 치수와 배치 위치를 결정합니다.
2. 일반 인쇄기를 사용하여 일반 용지에 2D 다이어그램을 인쇄한 다음 중앙에 그림이 오도록 5cm x 5cm 정사각형 조각을 잘라냅니다.
3. 메스로 열 투명 시트(T1)의 5cm x 5cm 정사각형 조각을 잘라냅니다.
4. 투명도 조각 T1을 다이어그램 용지 위에 놓고 다이어그램이 위를 향하도록 하여 두 레이어를 베이스 플레이트에 놓습니다. 접착 테이프로 베이스 플레이트에 테이프를 붙입니다.

4. 전극 베이스 레이어 및 참조 접점 배치

1. 메스(S1)로 5cm x 5cm 실리콘 시트를 잘라 투명 층에 놓습니다. 먼저 한쪽 모서리를 떨어뜨린 다음 T1 시트와 S1 시트 사이에 기포가 갇히지 않도록 시트의 나머지 부분을 천천히 내립니다(그림 2A).
2. 제조업체의 데이터시트에서 지시하는 대로 약 2g의 경화되지 않은 실리콘을 혼합합니다. 멸균된 나무 교반 막대기로 두 부분을 함께 단단히 저어줍니다. 혼합물을 진공 챔버에 3분 동안 넣습니다. 진공을 순환하여 표면으로 올라오는 기포를 제거합니다. isotemp 오븐을 130ºC로 예열합니다.
   메모: 라텍스 장갑은 실리콘의 경화 과정을 억제할 수 있습니다. 그들은 또한 작업 표면에 오염 물질을 남길 수 있는 황을 포함하고 있습니다. 대신 니트릴 장갑을 사용하는 것이 좋습니다.
3. 치과 선택 도구를 사용하여 안내 다이어그램에 있는 스페이서 세그먼트의 중간을 따라 경화되지 않은 실리콘의 얇은 선을 적용합니다.
4. 스페이서를 지정된 영역에 놓고 실리콘 시트 S1에 대고 누릅니다.
5. isotemp 오븐에서 실리콘을 30분 동안 부분적으로 경화시키고 10분 동안 식힙니다.
6. 참조 접점을 지정된 영역에 배치합니다. 용접 지점이 위를 향하고 접촉 리드가 커프의 정중선을 향해 배선되어 맨 끝에서 빠져 나와야 합니다. 올바른 위치를 확인한 후 접점을 실리콘 층 S1 위로 누릅니다. 경화되지 않은 실리콘을 관통 구멍에 넣습니다.
7. 리드를 테이프로 감은 다음 130ºC에서 90분 동안 또는 실온에서 밤새 실리콘을 완전히 경화시킵니다(그림 2B).

5. 중앙 접점 배열 배치

1. 메스(T2)로 1.5cm x 5cm 크기의 투명 조각을 잘라냅니다. 참조 리드를 중간 영역에서 멀리 테이프로 감아 다음 단계에서 접점 어레이 아래에서 실행되지 않도록 합니다.
2. 리드 면이 위를 향하도록 하여 전용 위치에 접점 어레이를 배치합니다. 경화되지 않은 실리콘을 증착하여 어레이를 제자리에 고정합니다.
3. 5.1(T2)의 조각을 전극의 정중선을 가로질러 어레이 위에 놓고 고정합니다. 어레이를 누르면서 끝을 테이프로 붙입니다. 어레이를 전용 위치에 수동으로 정렬합니다. 커프 둘레 바깥쪽에 리드를 테이프로 감습니다.
4. 전극 중앙을 가로질러 투명 세그먼트 T2 위에 작은 고정 막대를 놓습니다. 중간 접점을 기본 실리콘 층 S1에 대해 누르기 위해 적당한 압력으로 베이스 플레이트에 고정합니다.
5. 130ºC에서 90분 동안 또는 RT에서 하룻밤 동안 실리콘을 완전히 경화시킵니다.

6. 전극 구성 요소 포함

1. 작은 고정 막대를 제거하고 투명 시트 T2를 부드럽게 제거하여 중간 접촉 어레이를 노출시킵니다. 참조 및 중간 접점용 리드를 고정하는 모든 테이프를 제거합니다(그림 2C).
2. 메스로 투명 시트의 사각형 조각을 전극과 같은 너비, 길이 5cm로 절단한 후(T3), 전극 표면 전체를 덮도록 실리콘 시트를 사각형 조각으로 절단합니다(S2).
3. 투명 조각(T3) 위에 실리콘 시트(S2)를 놓고 늘려 파도나 불규칙성을 제거하고 그 사이에 기포가 갇히지 않도록 합니다.
4. 각각 5cm 길이의 실리콘 튜브 4개를 자릅니다. 안내 다이어그램에 할당된 대로 리드의 출구 사이트에 배치합니다. 전극과 튜브 가장자리 사이에 2mm의 공간을 두십시오. 핀셋으로 각 튜브 쌍을 잡고 튜브 끝에서 1mm 떨어진 곳에서 튜브를 테이프로 감습니다. 다른 쌍에 대해서도 반복합니다.
5. 중간 접점과 참조를 묶음으로 정렬하고 리드한 다음 출구 사이트 근처의 해당 튜브를 통해 통과시킵니다. 다른 세 개의 튜브에 대해 반복합니다. (그림 2D).
6. 전체 전극 본체에 경화되지 않은 실리콘을 넉넉하게 증착합니다.
   메모: 진공 청소기로 청소한 혼합 용기에서 경화되지 않은 실리콘을 천천히 붓거나 주사기로 주입하여 이 단계에서 기포가 형성되지 않도록 합니다.
7. 실리콘 시트 S2가 아래를 향하도록 하여 증착된 경화되지 않은 실리콘 위에 6.3의 구조를 놓습니다. 실리콘 시트 S2를 부착한 상태에서 투명 조각 T3를 전극에 맞춥니다.
8. 투명 조각 T3를 테이프로 감은 다음 압력을 가하여 갇힌 기포를 배출합니다. 큰 고정 막대를 전극 중앙과 투명 세그먼트 T3 위에 놓습니다. 그런 다음 적당한 압력으로 베이스 플레이트에 고정합니다. 130ºC에서 90분 동안 또는 RT에서 하룻밤 동안 실리콘을 완전히 경화시킵니다.

7. 차폐 레이어 배치 (커프 녹음에 권장)

1. 큰 고정 막대를 제거하고 핀셋으로 투명 조각(T3)을 박리합니다. 전극의 각 면 중앙에 차폐 시트를 놓고 약간의 압력을 가하여 전극에 밀어 넣습니다. 경화되지 않은 실리콘을 관통 구멍에 넣습니다.
2. 실리콘을 130ºC에서 30분 동안 부분적으로 경화시킨 다음 실온으로 완전히 식힙니다. 전극의 바깥쪽 끝과 닫는 플랜지 위에 접착 테이프를 붙여서 이러한 세그먼트에 경화되지 않은 실리콘이 추가로 추가되는 것을 방지합니다.
3. 6.6-6.8단계를 반복합니다.

8. 완성된 전극 절단

1. 메스 칼날을 사용하여 7.2단계에서 추가한 접착 테이프 위에 있는 여분의 실리콘을 벗겨내고 자른 다음 접착 테이프를 조심스럽게 제거합니다.
2. 실리콘을 통해 창을 잘라내어 S2 층을 통해 스페이서 세그먼트를 노출시킵니다. 핀셋으로 포함된 스페이서 세그먼트를 추출합니다. 이 단계는 공극을 남기고 이 영역(원래 S1)에서 유연한 단일 실리콘 시트를 형성합니다.
3. 실리콘 튜브를 덮고 있는 접착 테이프 위에 있는 여분의 실리콘을 벗겨낸 다음 메스 날로 잘라 전극 본체와 튜브의 수평을 맞춥니다.
4. 전극 둘레를 베이스 플레이트까지 자릅니다.
5. 베이스 플레이트를 통해 각 튜브 쌍 사이의 삼각형을 완전히 잘라냅니다. 바깥쪽에서 안내 다이어그램을 따라 리드의 출구 위치를 형성합니다. 마지막 단계에서 전극 본체에서 분리된 모든 실리콘 재료를 제거합니다.

9. 접점 및 차폐 레이어 노출

1. 차폐 층을 덮고 있는 실리콘 층 S2를 통해 창을 잘라냅니다. 전극 베이스(층 S1)와 베이스 플레이트의 투명 층 T1 사이에 폴리프로필렌 봉합사 필라멘트를 미끄러지듯 밀어 넣어 완성된 커프 전극을 박리합니다.
2. 중앙 접점과 실리콘 층 S1이 위를 향하도록 전극을 뒤집은 다음 기본 실리콘 층 S1을 통해 창을 잘라내어 노출시킵니다. 외부 참조 접점에 대해 이 작업을 반복하여 접점 중심을 따라 1mm 너비의 세그먼트를 노출합니다. 기준 접점 측면의 안정화 관통 구멍이 전극 본체 내부에 완전히 삽입되었는지 확인합니다.

10. 리드에 커넥터 납땜

1. 납땜 물질을 리드와 커넥터 핀에 별도로 놓고 납땜 인두로 두 부품을 함께 가열하고 융합합니다.
   메모: DFT 리드선은 니켈-코발트 기반 합금 MP35N으로 만든 외부 층으로 둘러싸인 은 코어로 구성됩니다. 이 와이어에 솔더 물질을 증착하려면 와이어를 접착할 수 있도록 특수 플럭스를 사용해야 합니다(재료 목록 참조).

결과

그림 1 : FINE 및 해당 구성 요소의 개요. A) 열린 위치의 FINE과 정밀 절단이 필요한 4 가지 주요 건물 구성 요소. 이러한 구성 요소는 접점 어레이 프레임(I), 중간 접점 스트립(II), 기준 접점(III), PEEK 스페이서(IV)입니다. 커프는 신경에 대한 접촉 배치에 대해 아래를 향하고 있습니다. 스페이서(IV)는 조립 후 제거됩니다. B) 중앙 접점의 확장된 보기와 중간 프레임 주위로 접고 고정하는 단계. C) 전극의 접힌 구성.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
백금-이리듐 호일	알파 에자르	41802	90%플래티넘 이리듐
DFT 와이어	포트웨인메탈	35N LT-DFT-28%Ag
리드 커넥터	옴네틱스 커넥터 코퍼레이션	MCS-27-SS
실리콘 시트	특수 실리콘 제작자	0.005 "x12"x12 "실리콘 시트	높은 경도계, 가황 처리
폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 시트	엿보기 옵티마	0.005 시트 LT3 등급
폴리에스테르 안정화 메쉬	외과 메쉬	PETKM2002
실리콘 튜브(0.04" I.D. 0.085" O.D.)	실콘 메디컬/뉴에이지 인더스트리.	2810458
외부 차폐층	알파 에사르, 존슨 매티	MFCD00003436 (11391)	금박, 0.004" 두께
투명 시트	아폴론	APOCG7060
초음파 목욕 세정제	테라 유니버셜	2603-00ᅡ-220
Isotemp 표준 실험실 오븐	피셔 사이언티픽	13247637지
광학 현미경	피셔 사이언티픽	전화: 15-000-101
핀셋	테크닉	18049미국(2A-SA)
수술용 블레이드 핸들	Aspen 수술 제품	371031
베이스 프레임	맥마스터-카	9785K411
서포트 빔	맥마스터-카	9524K359
두 부분으로 구성된 실리콘	누실	중간 4765
납땜 플럭	SRA 납땜 제품	FLS71
테이프	3M 헬스케어	1535-0 (SKUMMM15350H)	종이, 저자극성 수술용 테이프
스폿 용접기	유니텍	125F 용접 헤드가 있는 101 전원 공급 장치
레이저 절단 플랫폼	범용 레이저 시스템	PLS6.150D	150와트 레이저