Fabrication van High-Density Contact, Flatscreen-Interface Nerve Elektroden voor het opnemen en Stimulatie Applications
4 oktober 2016
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.
Het algemene doel van dit protocol is om cuff-elektroden met een platte interface te fabriceren voor gebruik in neurale interface-toepassingen. Het gebruik van cuff-elektroden met een platte interface kan helpen problemen op te lossen op het gebied van neuroprothetica, zoals hoe de intentie om een ledemaat te bewegen vanuit de zenuwen kan worden opgenomen. Hoewel de cuff-elektroden submillimeterfuncties hebben, kunnen ze nog steeds betrouwbaar met de hand worden gemaakt.
En het ontwerp is flexibel. Het kan eenvoudig worden aangepast aan vele verschillende neurale interface-toepassingen. Begin met een CAD-software om een ware schaal diagram van de elektrode te produceren.
Dit diagram bepaalt de afmetingen van de elektrode en de plaatsingsplaatsen van de verschillende elektrodecomponenten. Maak vervolgens een aanvullend CAD-bestand van de contacten en elektrodecomponenten, zodat deze kunnen worden geproduceerd met behulp van lasersnijmachines. Bereid u voor door de centrale contacten onder de microscoop te plaatsen en ze aan de leiding te verbinden met behulp van een puntlasapparaat.
Houd het contact vast om een eerste bocht te maken in een hoek van ongeveer 45 graden en vouw het vervolgens rond het frame van het contact. Wissel de contactleidingen aan elke kant van het array-frame af. Plaats vervolgens een transparant vel over het gidsdiagram en bevestig het met plakband op de basisplaat.
Nu, om te beginnen met de bouw, knip een vijf cm vierkante stuk uit een vijf mil dikke siliconenplaat. Plaats het op de basisplaat zonder luchtbellen te vangen. Bereid vervolgens twee gram ongehard siliconen voor en ontgast het in een vacuĆ¼mkamer gedurende drie minuten.
Laat periodiek het vacuĆ¼m los en breng het weer aan, zodat de opgesloten lucht kan ontsnappen. Breng nu een dunne lijn ongehard siliconen aan op de locaties van de spacer-segmenten volgens de gids. Bevestig vervolgens de voorbereide spacer-componenten op hun aangewezen regio's door ze op het siliconenvel te drukken.
Plaats nu het siliconen in een voorverwarmde isotemp-oven van 130 graden Celsius gedurende 30 minuten, gevolgd door afkoeling gedurende 10 minuten. Plaats nu de referentiecontacten op hun aangewezen locaties, met de laspunten naar boven en de contactleidingen naar het midden van de manchet om aan de verre uiteinde te vertrekken. Nadat u de juiste positionering hebt gecontroleerd, drukt u de contacten neer op de siliconenlaag en deponeert u ongehard siliconen in de doorgaande gaten.
Vast u vervolgens tijdelijk de leidingen met plakband en laat het siliconen uitharden bij 130 graden Celsius gedurende 90 minuten, of overnacht bij kamertemperatuur. Zodra de referentiecontacten zijn vastgezet met siliconen, gebruikt u dezelfde techniek om het middencontactarray te bevestigen. Belangrijk is dat de middencontacten precies moeten worden geplaatst om een opname van hoge kwaliteit te krijgen.
Het correct routeren van de leidingen naar de aangewezen uitgangsplaatsen is ook cruciaal. Snijd een transparant vel van een cm bij vijf cm en gebruik het om de middencontactarrays te bedekken. Bevestig het vervolgens met plakband aan de basisplaat.
Plaats de kleine fixeerbalk over het midden van de elektrode en klem hem vast aan de basisplaat om de middelste contacten op hun plaats te bevestigen terwijl het siliconen uithardt. Zodra het uitgehard is, verwijdert u de kleine fixeerbalk. Verwijder vervolgens alle plakband dat de leidingen voor de referenties en metalen contacten bevestigt, en verwijder voorzichtig het transparante vel om de metalen contactarrays bloot te leggen.
Snij nu een vierkant stuk transparant materiaal dat dezelfde breedte heeft als de elektrode en vijf cm lang is. Snijd vervolgens een vierkant stuk siliconenvel dat het volledige elektrodeoppervlak kan bedekken. Leg dit siliconen nu over het stuk transparant materiaal en strek het plat uit om eventuele onregelmatigheden te verwijderen en te voorkomen dat er luchtbellen worden vastgehouden.
Snij vervolgens vier stukken siliconenbuis, elk vijf cm lang, en plaats ze op de uitgangsplaatsen volgens het diagram. Laat een opening van twee mm tussen de rand van de elektrode en de buis. Terwijl u elk paar buizen met een pincet vasthoudt, plakt u de buizen vast, beginnend op een mm afstand van het buisuiteinde.
Nu, rangschik de leidingen van de middelste contacten en de referenties in bundels. Stuur ze vervolgens door het overeenkomstige buisje bij de uitgangsplaatsen. Doe dit voor alle buizen.
Vervolgens, uit een ontluchte mengcontainer of een spuit, deponeert u langzaam een genereuze hoeveelheid ongehard siliconen over het hele elektrodelichaam. Plaats nu het siliconen en transparantiestructuur op het ongeharde siliconen. Lijn het transparante stuk uit met de elektrode terwijl het siliconenvel eraan vastzit.
Tapeer vervolgens het transparante materiaal vast en breng lichte druk aan om eventuele opgesloten luchtbellen te verwijderen. Plaats ten slotte de grote fixeerbalk over het midden van de elektrode en over het transparante segment. Klem het vervolgens met matige druk aan de basisplaat en laat het siliconen volledig uitharden.
Om een afschermingslaag toe te voegen, verwijdert u de grote fixeerbalk en verwijdert u het transparante stuk met behulp van een pincet. Plaats vervolgens de afschermingslaag in het midden van elk oppervlak van de elektrode en druk het voorzichtig in de elektrode. Breng vervolgens wat ongehard siliconen aan in de doorgaande gaten en laat het gedeeltelijk uitharden gedurende 30 minuten bij 130 graden Celsius.
Eenmaal afgekoeld tot kamertemperatuur, plaatst u plakband over de buitenste uiteinden van de elektrode en over de sluitflappen om siliconen uit deze segmenten te houden. Herhaal vervolgens het proces van het toevoegen van een laag siliconen om het hele elektrodelichaam te bedekken. Volg dit door siliconen en transparantiebladen over de elektrode te plaatsen en ze vervolgens vast te zetten met een grote fixeerbalk en het siliconen uit te harden.
Na het uitharden, om het proces te voltooien, verwijdert u het overtollige siliconen en het plakband. Snijd vervolgens vensters door het siliconen om de spacer-segmenten bloot te leggen en gebruik een
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel geeft een gedetailleerde beschrijving van het fabricageproces van een platte zenuwelektrode met hoge contactdichtheid (FINE). Deze elektrode is geoptimaliseerd voor het selectief opnemen en stimuleren van neurale activiteit binnen perifere zenuwen.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neuroprothetica
- Neural interfaces
- Elektrodeontwerp
Achtergrond
- Flat-interface manchetelektroden kunnen problemen in neuroprothetica helpen oplossen.
- Ze zijn ontworpen om de intentie om een ledemaat te bewegen op te nemen vanuit zenuwen.
- Deze elektroden hebben submillimeter kenmerken.
- Het ontwerp is flexibel en aanpasbaar voor verschillende toepassingen.
Doel van het onderzoek
- Om platte manchetelektroden te fabriceren voor neurale interfacetoepassingen.
- Om het opnemen en stimuleren van neurale activiteit te verbeteren.
- Om een betrouwbare methode te bieden voor het handmatig maken van deze elektroden.
Gebruikte methoden
- Gebruik van CAD-software om nauwkeurige schaaldiagrammen van de elektroden te produceren.
- Handfabricagetechnieken voor betrouwbare elektrodeproductie.
- Aanpassing van ontwerpen voor verschillende neurale interfacetoepassingen.
- Optimalisatie van elektrodekenmerken voor verbeterde prestaties.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle fabricage van platte zenuwelektroden met hoge contactdichtheid.
- Demonstratie van de effectiviteit van de elektroden in neurale opname en stimulatie.
- Validatie van het handfabricageproces voor submillimeter kenmerken.
- Flexibiliteit in ontwerp maakt verschillende toepassingen in neuroprothetica mogelijk.
Conclusies
- De gefabriceerde elektroden bieden perspectief voor het verbeteren van neurale interfacetechnologie.
- Handfabricage is een haalbare methode voor het maken van complexe elektrodeontwerpen.
- Verder onderzoek kan de toepassingen van deze elektroden in de neurowetenschappen uitbreiden.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
High contact-density, flat-interface nerve electrodes enable precise neural recording and stimulation, addressing critical challenges in neuroprosthetic device development. Their customizable geometry and robust long-term performance support translational research and early-stage device validation. This capability is pivotal for advancing selective neural interfacing and de-risking neurotechnology portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of peripheral nerve pathways for functional mapping.
- Supports mechanistic de-risking by providing selective neural signal access.
- Facilitates target validation for neuromodulation strategies.
Screening & Assay Development
- Provides a reproducible platform for quantitative neural signal acquisition.
- Standardizes electrode placement and contact geometry for assay consistency.
- Enables reliable evaluation of stimulation and recording protocols.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant models for chronic neural interface studies.
- Maintains stable signal-to-noise and impedance metrics over extended implantation.
- Supports continuity from device prototyping to preclinical validation.
Pipeline & Workflow Integration
This fabrication method integrates into the neurotechnology pipeline from early discovery through preclinical device validation, supporting iterative design and chronic performance assessment.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing of neural circuit function via selective recording and stimulation.
- Screening: Delivers standardized, high-density electrode arrays for reproducible neural assays.
- Analytics: Provides quantitative outputs such as impedance and signal-to-noise ratio for device benchmarking.
- Translational Research: Demonstrates chronic stability in animal models, supporting translational continuity.
- Enterprise Reuse: Offers a customizable, scalable electrode platform adaptable to diverse neuroprosthetic applications.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in neural interface performance and target engagement.
- Operational Value: Enhances reproducibility and standardization in electrode fabrication and deployment.
- Strategic Value: Reduces late-stage biological risk by enabling chronic validation of device-tissue interfaces.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted advancement of neurotechnology assets through robust preclinical data.
Implementation Considerations
- Requires CAD/CAM proficiency and precision manual assembly skills.
- Needs access to laser cutting, spot welding, and microscopy instrumentation.
- Demands cross-team standardization of electrode design and fabrication protocols.
- Adaptable to various nerve sizes and geometries with design modifications.
- Performance metrics such as impedance and SNR must be routinely validated in chronic studies.
