Name: Het inbrengen van flexibele Neural Probes starre Verstevigers Bevestigd met Biodissolvable Adhesive (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-09-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 40 s
Description: Leer een methode voor het implanteren van flexibele neurale probes met behulp van tijdelijke siliconen verstevigers en oplosbaar polyethyleenglycol. Deze techniek maakt nauwkeurige plaatsing in weefsel mogelijk voor in vivo neurale opname en stimulatie.

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

Dit werk werd ondersteund door NIH NIDCD Y1-DC-8002-01. Dit werk werd uitgevoerd onder auspiciën van het Amerikaanse ministerie van Energie door Lawrence Livermore National Laboratory onder Contract DE-ac52-07NA27344.

1. Assemblage van Probe te Stiffener Dit deel van het protocol beschrijft vervaardiging van silicium verstijving en de montage van een dunne-film polymeer probe aan de verstijver. Figuur 1 illustreert een gebruikelijke polymeer neurale sonde met de voorgestelde verstijver. De data van de verstijver ontwerp worden getoond in figuur 2. De nieuw kenmerk van dit ontwerp is het ondiep &quot;wicking&quot; channel die langs de lengte die wordt gebruikt om vloeibare lijm in te verdelen. Het bredere gedeelte van de verstijver is een tabblad voor het hanteren tijdens de montage en chirurgische inbrengen. Een reservoir op het tabblad verbinding met het kanaal. De component is vervaardigd uit silicium met standaard microfabricage processen. <ol><li> De silicium verstijver met een wicking kanaal is vervaardigd van een silicium-op-isolator (SOI) wafer met een dikte apparaat laag gelijk is aan de gewenste dikte van de verstijver ( <strong&gt; Figuur 3A). Een redelijk aanbod van verstijving dikte is 20-100 micrometer. Het verdient aanbeveling dat de breedte van de verstijver 20-30 urn kleiner dan de breedte sonde, die helpt om overloop van de lijm uit de band-interface voorkomen de punt van de sonde. Eerst de wicking kanalen droog geëtst met de standaard Bosch proces (Figuur 3B). Vervolgens wordt de versteviger geometrie gedefinieerd door een langere etsen die stopt op de ingegraven oxidelaag (figuur 3C). Tenslotte worden de verstijvers vrijgegeven door nat etsen van de ingegraven oxidelaag in 49% fluorwaterstofzuur (Figuur 3D). Na grondig spoelen van de baleinen, week ze in gedemineraliseerd water gedurende 15 minuten. </li><li> Plaats een pellet van polyethyleenglycol (PEG) met een molecuulgewicht van 10.000 g / mol in het reservoir (figuur 4). Verwarm de verstijver tot 65 ° C zodat de PEG smelt en transporteert in het kanaal door capillaire werking. Koel dan tot kamertemperatuur stollen. </li&gt; <li> Figuur 5 toont een schema van de flip chip bonder opstelling. Plaats de verstijver ondersteboven op de basis fase van de flip chip bonder, pak dan de verstijver met de snijkop. Plaats de sonde ondersteboven op de basis podium. Het gebruik van de flip-chip bonder, lijn de verstijver en de sonde en breng vervolgens de verstijver en plaats deze op de sonde. </li><li> De basis fase van de flip chip bonder zou een verwarmingselement te warmen het substraat. Nadat de verstijver Verwarm het geheel nogmaals 65 ° C. Laat een minuut voor de PEG te hersmelten en beginnen in het grensvlak tussen de sonde en versteviger te vullen. Afkoelen tot stollen. </li><li> Draai het geheel om en inspecteren van de top. Opwarmen als nodig om de PEG aan het grensvlak tussen de sonde en de verstijver volledig vullen. Dit kan visueel worden beoordeeld omdat de probe transparant. Zoals de assemblage zit op de kachel top-(sonde-) kant naar boven, handmatig op 1-3 extra pellets vaste PEG op de tab zodat ze smelten via sonde, aanvullende versterking in dit gebied (Figuur 6). Ten slotte kan de assemblage om zo cool dat de PEG stolt. Op dit punt, het samenstel gereed voor chirurgische inbrenging. </li></ol> 2. Inbrengen en Extraction <ol><li> Monteer de probe-verstijver samenstel een micromanipulator zie figuur 7A door hechten van de achterzijde van de verstijver de micromanipulator arm op lipgebied. Dit kan gedaan worden met dubbelzijdige tape of cement, maar zorg niet om contact met de sonde met lijm. Tijdelijk zet de stekker van de sonde naar de micromanipulator met een klein stukje lijm stopverf die gemakkelijk kunnen worden verwijderd met lage kracht. </li><li> Plaats de sonde geheel om het doel en plaats de sonde met de gewenste snelheid inbrengen. Inbrengen snelheden van 0,13-0,5 mm / sec werden gebruikt bij de ontwikkeling van dit protocol. &lt;/ Li&gt; <li> Verwijder direct de stekker van de sonde uit de micromanipulator voorzichtig en leg deze op een nabijgelegen oppervlak, zoals een tweede manipulator arm (Figuur 7B). Dit moet gebeuren voordat de PEG begint op te lossen om te voorkomen dat het verplaatsen van de sonde. </li><li> Wacht tot PEG op te lossen. Deze hoeveelheid zal afhangen van PEG molecuulgewicht en contactgebied tussen de sonde en versteviger. Bijvoorbeeld, met PEG molecuulgewicht van 10.000 g / mol, een micro-elektrode sonde ongeveer 6 mm en een bijpassende verstijving die 306 urn breed, 15 min is gebleken dat een voldoende hoeveelheid tijd. Deel 3 van het protocol presenteert een methode om de benodigde oplostijd testen. Gedurende deze tijd, toepassen fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS) met een druppelaar om de tab en de invoegpositie elk PEG die boven de target (figuur 7C) opgelost. </li><li> Met behulp van een gemotoriseerde micropositioner beginnen extractie van de verstijver door een verplaatsing van100 urn met een snelheid van 5 mm / sec. Deze eerste snelle beweging helpt om eventuele statische wrijving te overwinnen en het minimaliseren van probe verplaatsing. Voltooi dan de verstijver extractie bij een lagere snelheid van ongeveer 0,1 mm / seconde (figuur 7D). </li><li> Bij een feitelijke operatie door met normale procedures gel, siliconen en / of tandheelkundige acrylaat passen op de inbrengplaats te beveiligen en te beschermen sonde, zoals aangetoond in 21. </li></ol> 3. Agarosegel Test Dit gedeelte van het protocol beschrijft een set-up en een procedure om de extractie van de verstijver in een 0,6% agarosegel dat het grootste mechanische eigenschappen, pH en zoutgehalte van hersenweefsel 17,22 benadert onderzoeken. Omdat de gel is bijna transparant door middel van korte afstanden, kan verstijving scheiding en sondeverplaatsing worden waargenomen. <ol><li> Bereid een oplossing van 0,6% agarose in met fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS). Meng in een elementkeld temperatuur volledig oplossen van de agarose poeder. Giet de oplossing in een ondiepe acryl box; gel moet 3/4- 1 in diepe. Laat de op kamertemperatuur gedurende een uur gel. </li><li> Zorg ervoor dat de geharde gel verzadigd met PBS zodat het niet uitdroogt, en verwarm de gel tot 37 ° C. </li><li> Stel de micromanipulator, doos agarosegel en microscopische camerasysteem zoals getoond in figuur 8. </li><li> Plaats een glas verwijzing fiduciaire in de doos van de gel door tussen de gel en de zijkant van de doos (Figuur 8) schuiven. Gebruik een tandenstoker om de functies van de verwijzing betrouwbaarheidsgrenzen vierkant naar het gezichtsveld van de digitale microscoop. </li><li> Monteer de sondesamenstel de micromanipulator zoals beschreven in stap 2.1. </li><li> Plaats de sonde geheel om de gel ongeveer 1 mm achter de verwijzing vertrouwenspunt. </li><li> Plaats de sonde in de gel, met de camera te leiden tot een gewenste diepte in het gezichtsveld. &lt;/ Li&gt; <li> Verplaats Onmiddellijk de connector uiteinde van de sonde te rusten op een nabijgelegen oppervlak. </li><li> Maak de gewenste aanpassingen aan het camerabeeld te richten op de sonde (de verwijzing de vaste functies kunnen enigszins onscherp). Neem een ​​momentopname van de sonde locatie. </li><li> Laat PEG oplossen (de tijd kan variëren, en in feite kan een parameter te testen zijn). Breng PBS nabij het tabblad te ontbinden PEG dat is boven de gel. </li><li> Begin video capture indien gewenst, en beginnen extractie van de verstijver zoals beschreven in stap 2.5. Wanneer extractie is voltooid, neemt een definitieve momentopname van sonde locatie. </li><li> Gebruik beeldverwerking tools om de beelden te vergelijken voor en na schotje extractie. Gebruik de functies op de referentie-fiduciaire die zichtbaar zijn in het gezichtsveld om te registreren (uitlijnen) de beelden. Kalibreer de schaal van het beeld op basis van de grootte van de bekende functies van de sonde. Meet de afstand van de sonde verplaatsing. </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>

De auteurs hebben geen concurrerende financiële belangen.

De hier beschreven methode biedt een goed gecontroleerd proces om dunne-film polymeer probes hechten aan afzonderlijke baleinen met een biodissolvable lijm. Ook is voorgesteld de aanbevolen chirurgische procedure om deze verwijderbaar verstijvers en een techniek om de te valideren in vitro voor een bepaalde probe-versteviger configuratie implementeren. Aangezien de verstijver willekeurig starre kan worden gemaakt, kan de werkwijze inbrengen van relatief lange probes (&gt; 3 mm) vergemakkelijken. Als zodanig wor...

Micro-elektrode arrays zijn een essentieel instrument in de neurowetenschappen evenals opkomende klinische toepassingen, zoals protheses. Vooral penetrerende micro-elektrodeprobes inschakelen stimulatie en registratie van neuronale activiteit door nauw contact met cellen in de hersenen, ruggenmerg en perifere zenuwen. Een grote uitdaging voor geïmplanteerde neurale sondes is de stabiliteit en de levensduur van de stimulatie en opnamefuncties. Modellering en experimentele studies van de interactie tussen micro-elektrode probes en zenuwweefsel hebben gesuggereerd dat een mechanisme voor afbraak micro-scheuren van zenuwweefsel door lichte relatieve beweging tussen de sonde en weefsel 1-3. Een oplossing is om flexibele sondes die overeenkomen nauwer de grootste stijfheid eigenschappen van neuraal weefsel teneinde relatieve microbewegingen minimaliseren fabriceren. Als zodanig hebben biocompatibele dunne film polymeren zoals polyimide en paryleen goedgekeurd als gunstig substraten voor microelectrode sondes 4-8. Een afweging van flexibele sondes is dat ze moeilijk te voegen in het zenuwweefsel. Onderzoekers hebben verschillende benaderingen om het inbrengen van flexibele sondes vergemakkelijken met behoud van de gewenste mechanische eigenschappen. Een klasse van modellen wijzigt het polymeer sonde geometrie aan stijfheid in bepaalde secties of assen te verhogen met behoud van de naleving in andere delen. Dit is bereikt door het opnemen ribben of lagen van andere materialen 9,10. Een andere benadering integreert een 3-D-kanaal in het polymeer sonde ontwerp dat is gevuld met biologisch afbreekbaar materiaal 11. Deze probe kan tijdelijk worden verstijfd, en na het inbrengen van het materiaal in het kanaal oplost en afvoeren uit. Echter kunnen werkwijzen zoals deze die de geometrie van het uiteindelijke geïmplanteerde apparaat permanent wijzigen gevaar sommige gewenste kenmerken van de flexibele sonde. Een methode die n doetot wijziging van de uiteindelijke probe geometrie is het polymeer apparaat te kapselen biologisch afbreekbare materiaal om het apparaat 12-14 tijdelijk verstijven. Echter, typisch biologisch afbreekbare materialen elasticiteitsmoduli orden van grootte kleiner dan die van silicium en, dientengevolge vereisen grotere dikte dezelfde stijfheid te bereiken. Voldoende bekleden van de sonde kan een meer afgeronde of stompe punt, waardoor inbrengen moeilijker. Ook, omdat oplosbare coatings worden blootgesteld, is er een risico dat onmiddellijk oplossen bij contact of zelfs nabijheid, met het weefsel. Een andere klasse van methoden maakt gebruik van nieuwe sonde substraat materialen die te verminderen in stijfheid na wordt geïmplanteerd in het weefsel. Dergelijke materialen omvatten vormgeheugen polymeren 15 en een mechanisch adaptieve nanocomposiet 16. Deze materialen kunnen afnemen elasticiteitsmodulus aanzienlijk na het inbrengen, en kan resulteren in probes die dichter match de mechanische eigenschappen van zenuwweefsel. Echter, de haalbare bereik van stijfheid is nog beperkt, zodat ze niet in staat zijn om zeer hoge stijfheid bedrage van silicium of wolfraam draden. Dus in het geval van flexibele sondes die zeer lang (bijvoorbeeld&gt; 3 mm) of die extreem lage stijfheid, een werkwijze voor tijdelijk bevestigen van een stijvere versteviger toch noodzakelijk. Nog een andere veelbelovende methode vermeld is het coaten van een verstijving shuttle met een permanente zelfassemblerende monolaag (SAM) aan het oppervlak interactie tussen de shuttle en de flexibele sonde 17 aan te passen. Wanneer het droog is, de sonde zich aan de gecoate shuttle elektrostatisch. Na het inbrengen, water migreert op het hydrofiele oppervlak, het scheiden van de sonde van de shuttle, zodat de shuttle kan worden gewonnen. Shuttle extractie met verminderde sondeverplaatsing aangetoond (85 urn). Echter, slechts elektrostatische interacties met de probe thij shuttle, is er enige kans op sonde slippen ten opzichte van de shuttle voor en tijdens het inbrengen. Wij hebben een werkwijze waarbij de flexibele sonde een verstijver met een tijdelijke biodissolvable kleefmiddel dat stevig vasthoudt de sonde tijdens het inbrengen bevestigd ontwikkeld. De gebruikte probes waren gemaakt van polyimide, die een elasticiteitsmodulus in de orde van 2-4 GPa heeft. De versteviger werd gefabriceerd van silicium, met een elasticiteitsmodulus van ~ 200 GPa. Na aansluiting van de stijfheid van het silicium domineert, vergemakkelijkt inbrengen. Eenmaal ingebracht in het weefsel, het hechtmateriaal oplost en de verstijver wordt onttrokken aan de probe te herstellen naar de oorspronkelijke flexibiliteit. Wij selecteerden polyethyleenglycol (PEG) als biodissolvable hechtmateriaal. PEG is gebruikt in geïmplanteerde toepassingen zoals neurale probes, weefseltechniek en geneesmiddelafgifte 11,18,19. Sommige studies tonen aan dat PEG neuroinflammatory reactie kan verminderen in de hersenenweefsel 18,20. In vergelijking met andere mogelijke materialen, zoals sucrose, poly melkzuur-co-glycolzuur (PLGA) en polyvinylalcohol (PVA), PEG een oplostijd in biologische vloeistoffen die in gepaste mate voor veel implantaat chirurgie (in de orde van tientallen minuten, afhankelijk van het molecuulgewicht). Bovendien vast is bij kamertemperatuur en vloeibaar bij temperaturen tussen 50-65 ° C. Deze eigenschap maakt het bijzonder geschikt voor onze precisie assemblage proces. Bovendien, vergelijkbaar met de SAM beschreven in 17 de opgeloste PEG hydrofiel, vergemakkelijken extractie van de verstijver. Deze voordelige aanpak wordt mogelijk gemaakt door een nieuwe verstijving ontwerp en methodische assemblage proces dat uniform verlijmd en nauwkeurige en herhaalbare uitlijning te garanderen. Naast het assemblageproces presenteren we de werkwijze van uitvoering van de verwijderbare versteviger tijdens de operatie, alsmede een in vitro werkwijze de extractie van de sti evaluerenffener. De hierin gepresenteerde protocol vereist de een flexibel polymeer micro-elektrode sonde bezit. Het deel van het protocol betreffende de vervaardiging van de verstijver en assemblage van deze probe een versteviger neemt toegang tot gemeenschappelijke hulpmiddelen in een microfabricage faciliteit. Het protocol met betrekking tot het inbrengen en extractie zou waarschijnlijk worden uitgevoerd in een-neurowetenschappen georiënteerde laboratorium.

<table><tbody><tr><td>Polyethyleenglycol, 10.000 g/mol</td><td>Sigma Aldrich</td><td>309028</td><td></td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A9539</td><td></td></tr><tr><td>Flexibele Sub-micron Die Bonder</td><td>Finetech</td><td>Fineplacer lambda</td><td></td></tr><tr><td>Micromanipulator</td><td>KOPF</td><td>1760-61</td><td></td></tr><tr><td>Digitaal Microscoop</td><td>Hirox</td><td>KH-7700</td><td></td></tr><tr><td>Dual Verlichting Revolver Zoom Lens</td><td>Hirox</td><td>MXG-2500REZ</td><td></td></tr><tr><td>Precisie Gemotoriseerde Actuator</td><td>Newport</td><td>LTA-HS</td><td>met CONEX-CC controller</td></tr></tbody></table>

het inbrengen van flexibele neural probes starre verstevigers bevestigd met biodissolvable adhesive

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

Micro-elektrode arrays voor neurale interface-apparaten die zijn gemaakt van biocompatibele dunne-film polymeer wordt verwacht functionele levensduur hebben uitgebreid omdat het flexibele materiaal negatieve respons weefsel veroorzaakt door Micromotion kunnen minimaliseren. Echter, hun flexibiliteit verhindert dat deze nauwkeurig in neuraal weefsel ingebracht. In dit artikel wordt een methode om een ​​flexibele micro-elektrode sonde tijdelijk bevestigen aan een stijf versteviger biodissolvable met polyethyleenglycol (PEG) precieze chirurgische inbrengen van de probe te vergemakkelijken. Een unieke versteviger ontwerp zorgt voor een gelijkmatige verdeling van de PEG lijm over de lengte van de probe. Flip-chip bonding, een gemeenschappelijk instrument gebruikt in micro-elektronica verpakking, maakt een nauwkeurige en herhaalbare uitlijning en bevestiging van de probe aan de verstijver. De probe en versteviger zijn chirurgisch geïmplanteerd elkaar, wordt de PEG laten oplossen, zodat de verstijver kan worden geëxtraheerd waardoor de sondeop zijn plaats. Tenslotte wordt een in vitro testmethode voor versteviger extractie evalueren een agarosegel model van hersenweefsel. Deze benadering implantatie is bijzonder voordelig voor langere flexibele probes aangetoond (&gt; 3 mm). Het biedt ook een haalbare methode om dubbelzijdige flexibele sondes implanteren. Tot op heden is de techniek gebruikt om verschillende in vivo opnemen van gegevens van de rat cortex verkrijgen.

Deze insertie werd toegepast in combinatie met LLNL dunne-film polyimide probes, die doorgegeven ISO 10993 standaarden en biocompatibiliteit bestemd voor chronische implantatie. Een typisch dunne-film polyimide probe in figuur 1 samen met een silicium verstijving die ongeveer 10 mm lang in de smal gebied. De versteviger heeft een wicking kanaal langs zijn lengte, zie figuur 2. Figuur 3 illustreert het mimcrofabrication proces gebruikt om deze verstijver creëren uit silicium. Fig...

Insertie flexibele neurale micro-elektrode probes geactiveerd door het aanbrengen probes starre verstijvers met polyethyleenglycol (PEG). Een unieke assemblage proces zorgt voor een gelijkmatige en herhaalbare gehechtheid. Na inbrengen in weefsel, de PEG lost en de verstijver geëxtraheerd. Een in vitro testmethode evalueert de techniek agarosegel.

Het inbrengen van flexibele Neural Probes starre Verstevigers Bevestigd met Biodissolvable Adhesive

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

Het algemene doel van deze procedure is om flexibele dunne-film neurale probes in weefsel te implanteren met behulp van een tijdelijke versteviger. Dit wordt bereikt door eerst op maat gemaakte silicium verstevigers te ontwerpen en te fabriceren die aansluiten op de probe en een kanaal bevatten dat is gevuld met oplosbaar polyethyleenglycol. De tweede stap is het gebruik van een flip-chip bonder om de versteviger aan de probe te bevestigen.Vervolgens wordt de verstevigde probe-assemblage in het doelweefsel ingebracht. De laatste stap is om het polyethyleenglycol te laten oplossen en de shank te extraheren. Uiteindelijk kan de gedemonstreerde methode worden gebruikt om flexibele micro-elektrodeprobes in neuraal weefsel te implanteren voor in vivo registratie en stimulatie.De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot de klinische behandeling van neurologische aandoeningen, aangezien de verwijderbare verstijvers flexibele geïmplanteerde apparaten mogelijk maken die nadelige weefselreacties kunnen verminderen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals het gebruik van verzachtende materialen, is dat het de nauwkeurige invoering van willekeurig lange en dunne probes mogelijk maakt. Fabriceer een siliciumverstijver met een capillair kanaal vanuit een silicon-on-insulator-wafer met een dikte van de device-laag die gelijk is aan de gewenste dikte van de verstijver.Ets de capillairkanalen droog in een plasma-etser met behulp van het standaard Bosch-proces. Definieer vervolgens de omtrek van de versteviger met een langere rand die stopt bij de ingebedde oxidelaag. Ets nu de ingebedde oxidelaag nat in 49% fluorwaterstofzuur om de verstevigers los te maken.Week vervolgens de losmaakstijveerders 15 minuten in gedeïoniseerd water. Plaats daarna een pellet polyethyleenglycol in het reservoir, op het lipje van de stijveerder.Verwarm de versteviger tot 65 °C zodat het polyethyleenglycol smelt en door capillaire werking in het kanaal wordt getrokken. Koel vervolgens af tot kamertemperatuur om het te laten stollen. Plaats de versteviger ondersteboven op het basisplateau van de flip-chip bonder.Pak vervolgens de versteviger op met de gereedschapskop. Plaats daarna de probe ondersteboven op de basisplaat met behulp van de flip-chip bonder. Lijn de versteviger en de probe op elkaar uit.Plaats vervolgens de versteviger over de probe. Verhit de assemblage gedurende één minuut tot 65 °C, zodat het polyethyleenglycol opnieuw smelt en de versteviger aan de probe hecht. Laat het geheel vervolgens afkoelen om te stollen, draai de assemblage om en inspecteer deze van bovenaf; verhit opnieuw tot 65 °C zodat het polyethyleenglycol de interface tussen de probe en de versteviger volledig kan vullen.Smelt met de sonde naar boven één tot drie extra pellets polyethyleenglycol op het tabblad om extra versteviging in dit gebied te bieden. Laat de assemblage vervolgens afkoelen zodat de polyethyleenglycol stolt en de assemblage klaar is voor chirurgische insertie. Bereid in een acrylbox 0,6% agarosegel in gefosfateerde gebufferde zoutoplossing of PBS voor, verzadig de gel met PBS en verwarm deze tot 37 °C.Richt vervolgens de micromanipulatiebox met agarosegel en het microscopische camerasysteem in. Plaats een glazen referentiefiduciaal in de gelbox. Gebruik daarna een tandheelkundige pick om de kenmerken op het referentiefiduciaal uit te lijnen met het gezichtsveld van de digitale microscoop.Om de probe-stijverbevestiging op de micromanipulator te monteren, plakt u de achterkant van het stijvertab aan een fixture die aan de micromanipulator geklemd kan worden. Let er hierbij op dat de probe niet in contact komt met het plakmiddel. Bevestig het connector-uiteinde van de probe tijdelijk aan de fixture met een klein stukje kneedgum, zodat deze met weinig kracht eenvoudig verwijderd kan worden. Positioneer de probe-bevestiging boven de gel, ongeveer één millimeter achter het referentiefiduciaal.Voer vervolgens de probe in de gel in, waarbij de camera wordt gebruikt om de probe naar de gewenste diepte in het gezichtsveld te leiden. Verwijder onmiddellijk het uiteinde van de connector van de probe uit de micromanipulator en bevestig deze op een nabijgelegen oppervlak, zoals een tweede manipulatorarm. Dit moet gebeuren voordat het polyethyleenglycol op het tabblad begint op te lossen.Om te voorkomen dat de probe verschuift, maakt u een momentopname van de positie van de probe. Houd er rekening mee dat de referentie-fiduciale kenmerken mogelijk enigszins buiten focus zijn. Breng zoutoplossing aan nabij het lipje om het polyethyleenglycol boven de aros-gel op te lossen, en start, indien gewenst, de videocapture op het lipje.Begin nu met de extractie van de verstijver door een verplaatsing van 100 micrometers toe te passen met een snelheid van vijf millimeter per seconde. Voltooi vervolgens deze extractie van de verstijver bij een lagere snelheid van ongeveer 0,1 millimeter per seconde. Maak, wanneer de extractie voltooid is, een laatste snapshot van de locatie van de probe met behulp van beeldbewerkingsinstrumenten.Vergelijk de beelden voor en na de extractie van de versteviging. Gebruik de kenmerken op de referentiefiduciaal die zichtbaar zijn in het gezichtsveld om de beelden nauwkeurig over elkaar heen te leggen. Kalibreer de schaal van het beeld op basis van de grootte van bekende kenmerken op de probe.Meet nu de afstand van de verplaatsing van de probe op de overlay-afbeelding. Deze insertietechniek werd gebruikt in combinatie met LLNL Thin film Polyamide-probes, die voldoen aan de ISO 1 0 9 9 3-biocompatibiliteitsnormen en bedoeld zijn voor chronische implantatie. De AROS-geltest werd gebruikt om de gemiddelde verplaatsing van de probe te kwantificeren voor een gegeven combinatie van probe-stiffener en adhesief.Bijvoorbeeld, deze beelden van voor en na tonen een verplaatsing van de probe van 29 micrometers. Deze spikes van individuele neuronen zijn verkregen met een flexibele micro-elektrodeprobe die met een verwijderbare versteviger in de cortex van een rat is geïmplanteerd. Na deze procedure zijn we in staat geweest probes met diverse configuraties te implanteren, waaronder dubbelzijdige apparaten en probes met meerdere shanks na de ontwikkeling ervan.Deze techniek maakte het voor onderzoekers in het veld van de neurowetenschap mogelijk om uitgebreide neurale activiteit in modellerende dieren met specifiek gedrag te onderzoeken.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

We beschrijven methoden voor grootschalige opname van meerdere afzonderlijke eenheden en lokale veld potentieel in zich gedragen knaagdieren met siliconen sondes. Drive fabricage, sonde gehechtheid aan het station en de sonde implanteren worden geïllustreerd in voldoende details voor het gemakkelijk reproduceren.

Grootschalige Opname van Neuronen door Movable Silicon Probes in Behaving Knaagdieren

Source: Lefevre, M. C., et al., Flexible Organic Electronic Devices for Pulsed Electric Field Therapy of Glioblastoma. J. Vis. Exp. (2022)This video demonstrates the implantation of a flexible, biocompatible probe in a glioblastoma mouse model to deliver targeted pulsed electric field therapy for neurotherapeutic applications.

Implantation of a Flexible Biocompatible Probe in a Glioblastoma Mouse Model

This video demonstrates the fabrication of a flat nerve-wrapping electrode. It showcases the integration of shielding metal and precise polymer layering for an effective recording surface. The process involves attaching, curing, trimming, and cutting polymer layers for optimal nerve contact and accurate signal recording.

Fabrication of Flat-Interface Nerve Electrodes for Recording Neural Activity

Dit artikel geeft een gedetailleerde beschrijving van het fabricageproces van een high-density contact flat-interface zenuw elektrode (FINE). Deze elektrode is geoptimaliseerd voor het opnemen en stimulerende neurale activiteit selectief in perifere zenuwen.

Fabrication van High-Density Contact, Flatscreen-Interface Nerve Elektroden voor het opnemen en Stimulatie Applications

Mesh elektronica sondes naadloos integreren en stabiele, lange termijn, single-neuron ondersteuningsniveau opnemen binnen de hersenen. Dit protocol maakt gebruik van mazen elektronica voor in vivo experimenten, waarbij de fabricage van mesh elektronica, laden in naalden, stereotaxic injectie uitgangen interfacing, opname experimenten en histologie van de weefsel bevattende mesh sondes.

Spuit-injectable Mesh elektronica voor stabiele chronische knaagdier electrofysiologie

Hieronder beschreven is een methode voor implantatie van meerdere polymeer elektrode arrays in anatomisch verre hersengebieden voor chronische elektrofysiologische opname in vrij bewegende ratten. Voorbereiding en chirurgische implantatie worden gedetailleerd beschreven, met de nadruk op ontwerpprincipes om de aanpassing van deze methoden voor gebruik bij andere soorten te begeleiden.

Chronische implantatie van meerdere flexibele polymeer elektrode arrays

Hier gepresenteerd is een protocol voor de productie van een implanteerbaar systeem voor in vivo chronologische registratie van opgeroepen en spontane elektromyografische potentialen. Het systeem wordt toegepast op het onderzoek naar reinnervation van laryngeale spieren na zenuwletsel.

Een implanteerbaar systeem voor chronische in vivo elektromyografie

Dit werk beschrijft de ontwikkeling van flexibele interdigitated elektroden voor implementatie in 3D hersentumormodellen, namelijk in vitro cultuur, in ovo model en in vivo murine  model. De voorgestelde methode kan worden gebruikt om de effecten van gepulseerde elektrische velden op tumoren op verschillende niveaus van complexiteit te evalueren.

Flexibele organische elektronische apparaten voor gepulseerde elektrische veldtherapie van glioblastoom

Hier introduceren we een lichtgewicht, kosteneffectief sonde-implantaatsysteem voor chronische elektrofysiologie bij knaagdieren, geoptimaliseerd voor gebruiksgemak, sondeherstel, experimentele veelzijdigheid en compatibiliteit met gedrag.

Het DREAM-implantaat: een lichtgewicht, modulair en kosteneffectief implantaatsysteem voor chronische elektrofysiologie bij muizen die zich op het hoofd fixeren en zich vrij gedragen

Dit protocol beschrijft een chirurgische ingreep voor het uitvoeren van ruggenmergchirurgie en voor het implanteren en vastzetten van een optische schacht over het ruggenmerg bij knaagdieren.

Implantatie van opto-elektronische apparaten in het ruggenmerg van knaagdieren

We hebben een vereenvoudigde en kosteneffectieve aanpak ontwikkeld voor de fabricage van elektroden en hebben opnames gemaakt van signalen in meerdere regio's bij vrij bewegende muizen. Door gebruik te maken van optogenetica, naast elektrofysiologie in meerdere regio's en registratie van calciumsignalen, kon de onthulling van neuronale activiteiten in verschillende regio's in het aanvalsaanmaakmodel worden vastgesteld.

Een geïntegreerde methode voor het maken van flexibele en handige elektrofysiologische optrodes voor in-vivo-opname in meerdere regio's

Leer een methode voor het implanteren van flexibele neurale probes met behulp van tijdelijke siliconen verstevigers en oplosbaar polyethyleenglycol. Deze techniek maakt nauwkeurige plaatsing in weefsel mogelijk voor in vivo neurale opname en stimulatie.

Het inbrengen van flexibele Neural Probes starre Verstevigers Bevestigd met Biodissolvable Adhesive

Meer video's verkennen