Het inbrengen van flexibele Neural Probes starre Verstevigers Bevestigd met Biodissolvable Adhesive
27 september 2013
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 algemene doel van deze procedure is om flexibele dunne film neurale sondes in een weefsel te implanteren met behulp van een tijdelijke versteviger. Dit wordt bereikt door eerst aangepaste siliconen verstevigers te ontwerpen en te fabriceren die passen bij de sonde en een kanaal hebben gevuld met oplosbaar polyethyleenglycol. De tweede stap is om een flip chip bonder te gebruiken om de versteviger aan de sonde te monteren.
Vervolgens wordt de verstevigde sonde-assemblage in het doelweefsel ingebracht. De laatste stap is om het polyethyleenglycol te laten oplossen en de schacht te extraheren. Uiteindelijk kan de gedemonstreerde methode worden gebruikt om flexibele micro-elektrode sondes in zenuwweefsel te implanteren voor in vivo opname en stimulatie.
De implicatie van deze techniek strekt zich uit tot klinische behandeling van neurologische aandoeningen omdat de verwijderbare verstevigers flexibele geïmplanteerde apparaten mogelijk maken die nadelige weefselreacties kunnen verminderen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals verzachten van materialen, is dat het nauwkeurige inbrenging van willekeurig lange en dunne sondes mogelijk maakt. Fabriceer een siliconen versteviger met een wekkanaal van een silicon on insulator wafer met de dikte van de apparaatlaag gelijk aan de gewenste dikte van de versteviger.
Droogvrees de wekkanalen in een plasma-etcher met behulp van de standaard Bosch-proces. Definieer vervolgens de omtrek van de versteviger door een langere rand die stopt op de begraven oxidelaag. Ets nu de begraven oxidelaag in 49% hydrofluorwaterstofzuur om de verstevigers vrij te maken.
Week vervolgens de vrijgemaakte verstevigers 15 minuten in gedeïoniseerd water. Plaats vervolgens een pellet polyethyleenglycol in het reservoir. Op het tabblad van de versteviger.
Verwarm de versteviger tot 65 graden Celsius zodat het polyethyleenglycol smelt en door capillaire werking in het kanaal wijkt. Koel vervolgens af tot kamertemperatuur om te stollen. Plaats de versteviger ondersteboven op het basisstadium van de flip chip bonder.
Neem vervolgens de versteviger op met de gereedschapskop. Plaats vervolgens de sonde ondersteboven op het basisstadium met behulp van de flip chip bonder. Lijn de versteviger en de sonde uit.
Laat vervolgens de versteviger op de sonde zakken. Verwarm de assemblage gedurende één minuut tot 65 graden Celsius, zodat het polyethyleenglycol opnieuw smelt en de versteviger aan de sonde bevestigt. Koel vervolgens af om te stollen, draai de assemblage om en inspecteer vanaf de bovenkant opnieuw tot 65 graden Celsius om het polyethyleenglycol volledig de interface tussen de sonde en de versteviger te laten vullen.
Met de sondezijde omhoog, smelt u één tot drie extra pellets polyethyleenglycol op het tabblad om extra versterking in dit gebied te bieden. Laat ten slotte de assemblage afkoelen zodat het polyethyleenglycol stolt en de assemblage klaar is voor chirurgische inbrenging. Bereid in een acryldoos 0,6% aros-gel in fosfaatgebufferd zout of PBS, verzadig het gel met PBS en verwarm tot 37 graden Celsius.
Plaats vervolgens de microm-manipulatordoos van aros-gel en het microscopische camerasysteem. Plaats een glazen referentiefiducial in de doos met gel. Gebruik vervolgens een tandheelkundig pijltje om de functies op de referentiefiducial in het gezichtsveld van de digitale microscoop te vierkanten.
Om de sonde-versteviger-assemblage aan de micro-manipulator te bevestigen, hecht u de achterkant van het verstevigerstabblad aan een bevestiging die kan worden vastgeklemd aan de micro-manipulator. Zorg ervoor dat u de sonde niet in contact brengt met lijm. Bevestig tijdelijk het connector-uiteinde van de sonde aan de bevestiging met een klein stukje kleefputty zodat het gemakkelijk kan worden verwijderd met een lage kracht. Positioneer de sonde-assemblage boven het gel, ongeveer een millimeter achter de referentiefiducial.
Breng vervolgens de sonde in het gel in met behulp van de camera om deze naar de gewenste diepte in het gezichtsveld te leiden. Verwijder onmiddellijk het connector-uiteinde van de sonde uit de micro-manipulator en bevestig het op een nabijgelegen oppervlak, zoals een tweede manipulatorarm. Dit moet worden gedaan voordat het polyethyleenglycol op het tabblad begint te oplossen.
Om verplaatsing van de sonde te voorkomen, maakt u een momentopname van de sondelocatie. Merk op dat de functies van de referentiefiducial mogelijk licht uit het scherp kunnen staan. Breng vlakbij het tabblad zoutoplossing aan om polyethyleenglycol dat zich boven het aros-gel bevindt op te lossen, en begin op het tabblad met video-opname indien gewenst.
Begin nu met het extraheren van de versteviger door een verplaatsing van 100 micrometer toe te passen met een snelheid van vijf millimeter per seconde. Voltooi vervolgens deze versteviger-extractie met een lagere snelheid van ongeveer 0,1 millimeter per seconde. Wanneer de extractie is voltooid, maakt u een laatste momentopname van de sondelocatie met beeldverwerkingshulpmiddelen.
Vergelijk de afbeeldingen voor en na de extractie van de versteviger. Gebruik de functies op de referentiefiducial die zichtbaar zijn in het gezichtsveld om de afbeeldingen nauwkeurig op elkaar te leggen. Kalibreer de schaal van de afbeelding op basis van de grootte van bekende functies op de sonde.
Meet nu de afstand van sonde-verplaatsing op de overlay-afbeelding. Deze inbrengtechniek werd gebruikt in combinatie met LLNL Thin film Polyamide-sondes, die ISO 1 0 9 9 3-biocompatibiliteitsnormen hebben doorstaan en zijn bedoeld voor chronische implantatie. De AROS-geltest werd gebruikt om de gemiddelde sonde-verplaatsing voor een bepaalde combinatie van sonde-versteviger en lijm te kwantificeren.
Deze voor- en na-momentopnamen demonstreren bijvoorbeeld een sonde-verplaatsing van 29 micrometer. Deze enkele neuron-spikes werden verkregen van een flexibele micro-elektrode sonde geïmplanteerd met een verwijderbare versteviger in de cortex van een rat. Volgens deze procedure zijn we in staat geweest om sondes met verschillende configuraties te implanteren, inclusief dubbelzijdige apparaten en sondes met meerdere schach
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een methode voor het implanteren van flexibele dunne-film neurale probes in weefsel met behulp van een tijdelijke versteviger. De techniek maakt gebruik van polyethyleenglycol (PEG) om de insertie en de daaropvolgende verwijdering van de versteviger te vergemakkelijken.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschappen
- Biomedische Techniek
- Neurale Interfaces
Achtergrond
- Flexibele neurale probes zijn essentieel voor in vivo registratie en stimulatie.
- Traditionele methoden maken mogelijk dat deze probes niet effectief kunnen worden ingebracht.
- PEG wordt gebruikt vanwege de oplosbare eigenschappen, wat het inbrengproces ondersteunt.
- Het gebruik van verstevigers kan de precisie van de plaatsing van de probes verbeteren.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een betrouwbare methode voor het inbrengen van flexibele neurale probes in weefsel.
- Het waarborgen van een uniforme en reproduceerbare bevestiging van de probes aan verstevigers.
- Het evalueren van de effectiviteit van de insertietechniek in een gecontroleerde omgeving.
Gebruikte methoden
- Ontwerp en fabricage van aangepaste siliconen verstevigers.
- Assemblage van verstevigers aan probes met behulp van een flip-chipbonder.
- Inbrengen van de verstevigde probe-assemblage in het doelweefsel.
- Evaluatie van de PEG-dissolutie en de extractie van de versteviger.
Belangrijkste resultaten
- De methode maakt een precieze implantatie van flexibele probes mogelijk.
- PEG lost na insertie effectief op, wat de verwijdering van de versteviger vergemakkelijkt.
- De techniek is veelbelovend voor in vivo toepassingen.
- In vitro tests bevestigen de betrouwbaarheid van het insertieproces.
Conclusies
- Deze methode vergroot de haalbaarheid van het gebruik van flexibele neurale probes.
- Toekomstige toepassingen kunnen geavanceerde neurale registratie en stimulatie omvatten.
- Verdere studies zijn nodig om de techniek te optimaliseren voor verschillende weefsels.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Nauwkeurige implantatie van flexibele neurale probes is een kritische uitdaging in neurotechnologische R&D, wat de betrouwbaarheid en levensduur van neurale interface-apparaten beïnvloedt. Deze methode maakt gebruik van een tijdelijke rigide versteviger met een biologisch afbreekbare lijm om precieze plaatsing van delicate probes mogelijk te maken, waardoor de invoernauwkeurigheid en weefselcompatibiliteit direct worden verbeterd. Deze aanpak ondersteunt de translationele continuïteit van apparaatengineering naar preklinische neurale registratie, wat het voorspellende vertrouwen voor downstream-toepassingen vergroot.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt nauwkeurige plaatsing van neurale probes mogelijk voor functionele mapping en het onderzoeken van paden.
- Vermindert weefselverstoring door insertie, wat bijdraagt aan duidelijkere biologische resultaten.
- Faciliteert mechanische risicoreductie door verstorende micromotion-artefacten te minimaliseren.
Screening & Assayontwikkeling
- Ondersteunt de preparatie van gevalideerde neurale interfacesystemen voor elektrofysiologische assays.
- Verbetert de reproduceerbaarheid van de plaatsing van de probe, wat de standaardisatie van de assay optimaliseert.
- Maakt kwantitatieve meting van de probe-verplaatsing mogelijk voor kwaliteitscontrole.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Sluit aan bij ziekterelevante neurale modellen door chronische implantatie met een verminderde adverse respons mogelijk te maken.
- Biedt continuïteit van device engineering tot in vivo neurale registratie in diermodellen.
- Ondersteunt de risico-gecorrigeerde vooruitgang van neurale interface-technologieën richting translationele eindpunten.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze methode wordt geïntegreerd in de neurotechnologische pijplijn, van apparaatfabricage tot preklinische validatie, waardoor de stadia van engineering en biologische evaluatie worden verbonden.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetesting door stabiele neurale opnames na implantatie mogelijk te maken.
- Screening: Levert reproduceerbare positionering van de probes voor vergelijkende studies en assay-ontwikkeling.
- Analytics: Biedt kwantitatieve verplaatsingsmetingen om de precisie van de insertie te beoordelen.
- Translational Research: Faciliteert chronische implantatiestudies in diermodellen voor de ontdekking van biomarkers.
- Enterprise Reuse: Biedt een gestandaardiseerde, schaalbare aanpak voor flexibele probe-insertie over verschillende apparaatplatforms heen.
Operationele en bedrijfsmatige impact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen in de prestaties van de neurale interface en de validatie van het doelwit.
- Operationele waarde: Standaardiseert de invoering van de probe, waardoor de reproduceerbaarheid en schaalbaarheid over verschillende studies wordt verbeterd.
- Strategische waarde: Vermindert het biologische risico in een late fase door weefselreacties en insertie-artefacten te minimaliseren.
- Impact op de portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering mogelijk van neurale interface-kandidaten voor verdere ontwikkeling.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in microfabricage en de assemblage van neurale apparaten.
- Toegang tot flip-chip-bondapparatuur en beelduitsnij-infrastructuur voor uitlijning en analyse is noodzakelijk.
- Standaardisatie van probe- en verstevigingsontwerpen tussen teams is vereist voor reproduceerbaarheid.
- Aanpassingen kunnen nodig zijn voor verschillende probe-geometrieën of weefselmodellen.
- Praktische beperkingen omvatten de timing van adhesieve oplossing en de hantering van delicate assemblages.
