Fabrication de haute Contactez-Density, Flat-Interface Electrodes nerveuses pour l'enregistrement et de stimulation Applications

L'objectif général de ce protocole est de fabriquer des électrodes en manchon à interface plane pour des applications d'interfaces neurales. L'utilisation d'électrodes en manchon à interface plane peut aider à résoudre des problèmes dans le domaine de la neuroprothèse, tels que la manière d'enregistrer l'intention de mouvement d'un membre à partir des nerfs. Même si les électrodes en manchon présentent des caractéristiques submillimétriques, elles peuvent néanmoins être fabriquées manuellement de façon fiable.

Et le design est flexible. Il peut être facilement personnalisé pour de nombreuses applications d'interfaces neuronales différentes. Commencez par un logiciel CAO pour produire un schéma à l'échelle réelle de l'électrode.

Ce schéma déterminera les dimensions de l'électrode et les emplacements de fixation des différents composants de l'électrode. De manière analogue, créez un fichier CAO supplémentaire des contacts et des composants de l'électrode, afin qu'ils puissent être fabriqués à l'aide d'une machine de découpe laser. En préparation, placez les contacts centraux sous le microscope et fixez-les au conducteur à l'aide d'un soudeur par points.

Maintenez le contact enfoncé pour effectuer un pliage initial à un angle d'environ 45 degrés, puis repliez-le autour du cadre du contact. Alternez les fils de connexion des contacts de chaque côté du cadre du réseau. Ensuite, placez une feuille transparente sur le schéma de guidage et fixez-la avec du ruban adhésif sur la plaque de base.

Maintenant, pour commencer la fabrication, découpez un morceau carré de cinq cm de côté dans une feuille de silicium d'une épaisseur de cinq mil. Placez-le sur la platine de base sans emprisonner de bulles d'air. Ensuite, préparez deux grammes de silicium non durci et dégazez-les dans une chambre à vide pendant trois minutes.

Relâchez et réappliquez périodiquement le vide afin que l'air piégé puisse s'échapper. Appliquez ensuite une fine ligne de silicone non durci aux emplacements des segments d'espacement, conformément au guide. Puis, fixez les composants d'espacement préparés sur leurs zones désignées en les appuyant contre la feuille de silicone.

Maintenant, placez le silicone dans un four Isotemp préchauffé à 130 degrés Celsius pendant 30 minutes, puis laissez refroidir pendant 10 minutes. Ensuite, placez les contacts de référence à leurs emplacements désignés, avec les points de soudure vers le haut et les pistes de contact dirigées vers la ligne médiane de la gaine, afin qu'elles émergent à l'extrémité opposée. Après avoir vérifié le positionnement correct, appuyez doucement sur les contacts pour les fixer sur la couche de silicone et déposez du silicone non polymérisé dans les trous traversants.

Ensuite, fixez temporairement les électrodes avec du ruban adhésif et polymérisez le silicone à 130 degrés Celsius pendant 90 minutes, ou pendant la nuit à température ambiante. Une fois les contacts de référence fixés avec le silicone, utilisez la même technique pour attacher le réseau de contacts centraux. Il est important que les contacts centraux soient placés avec précision afin d'obtenir un enregistrement de haute qualité.

Le routage correct des pistes vers les sites de sortie désignés est également essentiel. Coupez une feuille transparente d'un cm sur cinq cm et utilisez-la pour couvrir les réseaux de contacts centraux. Fixez-la ensuite avec du ruban adhésif sur la plaque de base.

Placer la petite barre de fixation au centre de l'électrode et la serrer contre la plaque de base pour maintenir les contacts centraux en place pendant que le silicone durcit. Une fois le durcissement terminé, retirer la petite barre de fixation. Ensuite, enlever tout le ruban adhésif qui maintient les fils conducteurs des références et des contacts métalliques, puis retirer délicatement la feuille transparente afin d'exposer les réseaux de contacts métalliques.

À présent, découpez un morceau carré de film transparent ayant la même largeur que l'électrode et mesurant cinq cm de longueur. Ensuite, découpez un morceau carré de feuille de silicone suffisamment grand pour recouvrir entièrement la surface de l'électrode. Placez ensuite cette feuille de silicone sur le morceau de film transparent, puis étirez-la à plat afin d'éliminer toute irrégularité et d'éviter l'encapsulation de bulles d'air.

Ensuite, coupez quatre morceaux de tube en silicone, chacun mesurant cinq cm de long, et placez-les aux orifices de sortie conformément au schéma. Laissez un espace de deux mm entre le bord de l'électrode et le tube. Tout en maintenant chaque paire de tubes avec des pinces, fixez les tubes avec du ruban adhésif en commençant à un mm de l'extrémité du tube.

Maintenant, organisez les fils des contacts centraux et des références en faisceaux. Ensuite, faites-les passer à travers le tube correspondant près des sites de sortie. Faites cela pour tous les tubes.

Ensuite, à l’aide d’un récipient mélangeur sous vide ou d’une seringue, déposer lentement une quantité généreuse de silicone non durci sur l’ensemble du corps de l’électrode. Placer ensuite la structure en silicone et en matériau transparent sur le silicone non durci. Aligner la pièce transparente avec l’électrode tout en maintenant la feuille de silicone adhérente à celle-ci.

Ensuite, fixez la feuille transparente avec du ruban adhésif et appliquez une légère pression pour éliminer les bulles d'air éventuellement piégées. Enfin, placez la barre de fixation large au centre de l'électrode et par-dessus le segment transparent. Serrez-la ensuite contre la plaque de base avec une pression modérée et polymérisez complètement le silicone.

Pour ajouter une couche de blindage, retirez la barre de fixation volumineuse, puis retirez le morceau transparent à l’aide de pinces. Placez ensuite la feuille de blindage au centre de chaque face de l’électrode, et appuyez doucement pour l’insérer dans l’électrode. Déposez ensuite du silicone non durci dans les trous traversants et laissez-le partiellement durcir pendant 30 minutes à 130 degrés Celsius.

Une fois refroidi à température ambiante, appliquer un ruban adhésif sur les extrémités extérieures de l'électrode et sur les brides de fermeture afin d'empêcher le silicone de pénétrer dans ces segments. Ensuite, répéter le processus d'ajout d'une couche de silicone pour recouvrir entièrement le corps de l'électrode. Procéder ensuite à la pose de feuilles de silicone et de feuilles transparentes sur l'électrode, puis les fixer à l'aide d'une barre de fixation de grande taille et laisser durcir le silicone.

Après durcissement, pour terminer le processus, retirez l'excès de silicone et le ruban adhésif. Ensuite, découpez des fenêtres à travers le silicone afin d'exposer les segments intercalaires, puis utilisez une pince pour retirer ces derniers. Puis, sous microscope, retirez le ruban et le silicone recouvrant les tubes jusqu'à ce qu'il soit de niveau avec le corps de l'électrode.

Ensuite, découpez soigneusement tout autour du périmètre de l'électrode jusqu'à la plaque de base. Maintenant, en prenant soin de ne pas endommager l'électrode, suivez le schéma indicatif pour façonner les emplacements de sortie des fils conducteurs. Découpez un triangle entre chaque paire de tubes, en perçant complètement à travers les couches de l'électrode jusqu'au côté extérieur.

À présent, découpez des fenêtres dans le silicium qui recouvre la couche de blindage. Ensuite, faites glisser le fil de suture en polypropylène entre la base de l'électrode et la couche transparente adjacente, puis utilisez-le pour délameller l'éléctrode en manchon presque terminée. Enfin, découpez des fenêtres dans le silicium afin d'exposer les contacts centraux et les contacts de référence.

L'électrode FINE fabriquée a été utilisée pour enregistrer l'activité du nerf sciatique chez un chien pendant 7,5 mois. Un préamplificateur sur mesure et un amplificateur d'instrumentation à entrée super-bêta ont été mis en œuvre. L'électrode a été implantée autour du nerf en suturant ensemble les deux bords libres.

Le manchon aplatit le nerf tout en conservant une certaine flexibilité dans le sens longitudinal. La réponse de l'électrode à des niveaux croissants de pression à l'intérieur du manchon a été mesurée. Au niveau de pression diastolique de 67 mm de mercure, le manchon a été dilaté jusqu'à 1,25 fois sa section transversale initiale.

Cette expansion peut être utilisée pour compenser le gonflement nerveux après la procédure d'implantation. Plusieurs paramètres ont été mesurés périodiquement pendant la durée de l'implantation chronique. Le rapport signal sur bruit est resté stable pendant les 7,5 mois entiers.

L'impédance de contact, mesurée à 1 kHz, est également restée stable. Enfin, il n'y a jamais eu plus de deux contacts inactifs, dont l'inactivité a été observée en raison de mauvaises connexions à travers la peau de l'animal. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la fabrication d'électrodes nerveuses multicanal similaires, et être en mesure d'ajuster la conception pour répondre aux exigences de votre application finale.

L'utilisation de ces électrodes a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la neuroprothèse pour enregistrer des signaux volontaires provenant des nerfs.