Методическая статья

Изготовление нервных электродов с плоским интерфейсом для регистрации нейронной активности

8 июля 2025 г.

В этой статье

Аннотация

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Источник: Dweiri, Y. M., et al. Производство нервных электродов с плоской поверхностью контакта высокой плотности для записи и стимуляции. J. Vis. Exp. (2016)

Это видео демонстрирует изготовление плоского электрода, оборачивающего нерв. Он демонстрирует интеграцию защитного металла и точного наслоения полимера для эффективной поверхности записи. Процесс включает в себя прикрепление, отверждение, обрезку и резку полимерных слоев для оптимального контакта с нервами и точной записи сигнала.

Протокол

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Подготовка компонентов электродов

  1. Перед изготовлением соберите четыре компонента электродов, требующих прецизионной резки (использовалась лазерная резка; см. список материалов). Эти компоненты (Рисунок 1):
    Рамка матрицы контактов: Эта рамка состоит из листа полиэфирэфиркетона (PEEK) толщиной 125 мкм. Он охватывает всю ширину манжеты и удерживает средние контакты и имеет змеевидные края (рисунок 1B). Средние контакты завернуты в направляющие каналы; Следовательно, открытая ширина контактов ограничена шириной каналов, а расстояние между ними определяется расстоянием между каналами.
    Полосы средних контактов: Средние контакты формируются путем обертывания этих полос вокруг рамки массива контактов (рис. 1B). Вырежьте полоски из листа Platinum/10% Iridium по ширине направляющих каналов и добавьте дополнительную длину, чтобы они могли быть полностью сложены вокруг рамы. Выполните точечную сварку контактного провода под углом 0º к главной оси полосы.
    Контактные данные: Необходимо четыре референции. Длинный размер этих контактов немного короче ширины манжеты, чтобы полностью удерживать их внутри манжеты. Точечная сварка каждого опорного контакта к выводу под углом 90º к главной оси контакта.
    Дистанционные рамки PEEK: Дистанционные рамки создают более тонкую область на электроде для изгиба и замыкания (Рисунок 1C). Все распорки изготовлены из PEEK (можно использовать и другие материалы) и обрезаны по длине электрода. Ширина среднего пространства равна высоте электрода.

2. Подготовка массива контактов

  1. Очистите изготовленные на шаге 1 компоненты ультразвуком в этаноле в течение 2 мин при 40 кГц и комнатной температуре, затем 2 мин в дистиллированной деионизированной воде при тех же параметрах ультразвука. Дайте высохнуть.
  2. Визуально осмотрите контакты на наличие дефектов, таких как остатки лазерной резки или деформации поверхности.
  3. Расположите контакты один за другим под микроскопом точкой сварки вверх. Начиная со свободного конца, удерживайте контакт пинцетом примерно на 1/3 его длины. Поднимите провод под углом 45º, удерживая контакт, чтобы сделать первый изгиб.
  4. Поместите предварительно изогнутый контакт под рамой массива сварным швом вверх. Удерживая раму пинцетом, поднимите грифель под углом 45º, чтобы сделать второй изгиб. Продолжая удерживать рамку внизу, возьмитесь за свободный конец контакта пинцетом и согните под углом 180º (согните по направлению к средней линии рамки).
  5. Выпрямите и потяните контакт к оператору, а затем согните под углом 180º (сложите до средней линии). Теперь точка точечной сварки должна быть заключена между двумя изогнутыми концами.
  6. Повторите шаги 2.3 - 2.5 для остальных контактов. Сделайте его максимально плотным. Чередуйте контактные провода с каждой стороны рамы массива.

3. Руководство по раскладке манжет

  1. Создайте 2D-схему манжеты в плоском открытом положении.
    заметка: Используйте любое программное обеспечение САПР (системы автоматизированного проектирования) для создания диаграммы в истинном масштабе. На этой схеме будут определены размеры электродов и место размещения различных компонентов электродов.
  2. Распечатайте 2D схему на обычной бумаге в масштабе с помощью обычной печатной машины, затем вырежьте квадратный кусок размером 5 см на 5 см с рисунком в центре.
  3. С помощью скальпеля вырежьте квадратный кусок термопрозрачного листа размером 5 см на 5 см (Т1).
  4. Поместите прозрачный кусок T1 поверх бумаги для схемы, а затем поместите оба слоя на опорную пластину схемой вверх. Прикрепите их к опорной плите скотчем с помощью скотча.

4. Размещение базового слоя электрода и контрольных контактов

  1. Вырежьте скальпелем силиконовый лист размером 5 см на 5 см (S1) и поместите его на прозрачный слой. Начните с опускания одного угла, затем медленно опустите остальную часть листа, чтобы избежать попадания пузырьков воздуха между листами T1 и S1 (рис. 2A).
  2. Смешайте примерно 2 г неотвержденного силикона в соответствии с техническим описанием производителя. Тщательно перемешайте эти две части стерилизованной деревянной палочкой для перемешивания. Поместите смесь в вакуумную камеру на 3 минуты. Циклически работайте пылесосом, чтобы удалить пузырьки по мере их подъема на поверхность. Разогрейте духовку isotemp до 130 ºC.
    заметка: Латексные перчатки могут препятствовать процессу отверждения силикона. Также они содержат серу, которая может оставлять загрязнения на рабочих поверхностях. Вместо этого рекомендуется использовать нитриловые перчатки.
  3. С помощью инструмента для зубоудаления нанесите тонкую линию неотвержденного силикона вдоль середины сегментов распорки, где они расположены на направляющей схеме.
  4. Поместите распорки на обозначенные участки, а затем прижмите их к силиконовому листу S1.
  5. Частично отверждите силикон в духовке isotemp в течение 30 минут, дайте ему остыть в течение 10 минут.
  6. Разместите опорные контакты в специально отведенных местах. Убедитесь, что точки сварки обращены вверх, а контактные провода направлены к средней линии манжеты для выхода на дальнем конце. Убедившись в правильном позиционировании, прижмите контакты к силиконовому слою S1. Внесите неотвержденный силикон в сквозные отверстия.
  7. Заклейте провода скотчем, а затем полностью отверждите силикон при 130 ºC в течение 90 минут или в течение ночи при комнатной температуре (рисунок 2B).

5. Размещение массива центральных контактов

  1. Вырежьте скальпелем (Т2) прозрачный кусок размером 1,5 см на 5 см. Заклейте опорные провода скотчем в сторону от средней области, чтобы они не проходили под массивом контактов на следующем этапе.
  2. Разместите контактные массивы в отведенном месте стороной выводов вверх. Нанесите неотвержденный силикон, чтобы закрепить массив на месте.
  3. Поместите элемент из 5.1 (T2) через среднюю линию электрода и над массивами, чтобы удерживать их. Обмотайте концы скотчем, прижимая при этом массивы. Вручную выровняйте массив по выделенному положению. Заклейте провода за пределами периметра манжеты.
  4. Поместите маленькую планку приспособления по центру электрода и над прозрачным сегментом T2. Прижмите его к опорной плите с умеренным давлением, чтобы прижать средние контакты к базовому силиконовому слою S1.
  5. Полностью отверждите силикон в течение 90 минут при 130 ºC или в течение ночи при RT.

6. Встраивание компонентов электродов

  1. Снимите маленькую планку приспособления и аккуратно снимите прозрачный лист T2, чтобы обнажить массивы средних контактов. Снимите все ленты, удерживающие провода для опорных и средних контактов (рисунок 2C).
  2. С помощью скальпеля отрежьте квадратный кусок прозрачного листа до той же ширины, что и электрод, и 5 см в длину (T3), а затем отрежьте квадратный кусок силиконового листа, чтобы покрыть всю поверхность электрода (S2).
  3. Положите силиконовый лист (S2) поверх прозрачного листа (T3) и растяните его, чтобы удалить любые волны или неровности и предотвратить попадание пузырьков воздуха между ними.
  4. Отрежьте четыре куска силиконовой трубки длиной 5 см каждая. Разместите их в месте выхода проводов, как указано на направляющей схеме. Оставьте расстояние 2 мм между краями электрода и трубки. Удерживая каждую пару трубок пинцетом, заклейте трубки скотчем, начиная с расстояния 1 мм от конца трубки. Повторите то же самое для другой пары.
  5. Расположите и сведите средние контакты и опоры в пучки, а затем пропустите их через соответствующую трубку рядом с местами выхода. Повторите то же самое для остальных трех трубок. (Рисунок 2D).
  6. Нанесите большое количество неотвержденного силикона на весь корпус электрода.
    заметка: Избегайте образования пузырьков воздуха на этом этапе, либо медленно выливая неотвержденный силикон из вакуумного контейнера для смешивания, либо вводя его с помощью шприца.
  7. Поместите конструкцию из 6,3 поверх нанесенного неотвержденного силикона силиконовым листом S2 лицевой стороной вниз. Совместите прозрачный кусок T3 с электродом, удерживая силиконовый лист S2 приклеенным к нему.
  8. Заклейте прозрачную деталь T3 скотчем, а затем надавите, чтобы выпустить все захваченные пузырьки воздуха. Поместите большую планку приспособления по центру электрода и над прозрачным сегментом T3. Затем прижмите его к опорной плите с умеренным давлением. Полностью отверждите силикон в течение 90 минут при 130 ºC или в течение ночи при RT.

7. Размещение экранирующего слоя (рекомендуется для записывающих манжет)

  1. Снимите большую планку приспособления и расслайте прозрачный элемент (T3) с помощью пинцета. Поместите экранирующий лист в центр каждой грани электрода и слегка надавите, чтобы вдавить их в электрод. Внесите неотвержденный силикон в сквозные отверстия.
  2. Частично отверждите силикон в течение 30 минут при 130 ºC, а затем дайте ему полностью остыть до комнатной температуры. Наклейте клейкую ленту на внешние концы электрода и на закрывающие фланцы, чтобы предотвратить добавление лишнего неотвержденного силикона в эти сегменты.
  3. Повторите шаги с 6.6 по 6.8.

8. Вырезание готового электрода

  1. Снимите и срежьте излишки силикона поверх добавленной в шаге 7.2 ленты с помощью лезвия скальпеля, затем осторожно снимите клейкую ленту.
  2. Вырежьте окна через силикон, чтобы обнажить сегменты распорки через слой S2. Извлеките встроенные сегменты распорки с помощью пинцета. На этом этапе останутся пустоты и сформируется гибкий единый силиконовый лист в этих областях (первоначально S1).
  3. Снимите излишки силикона сверху с клейких лент, которыми покрыты силиконовые трубки, а затем разрежьте их лезвием скальпеля, чтобы выровнять трубки с корпусом электрода.
  4. Разрежьте по периметру электрод вниз до опорной плиты.
  5. Вырежьте треугольник между каждой парой труб полностью через опорную пластину. На внешней стороне следуйте направляющей схеме, чтобы сформировать места выхода проводов. Удалите весь силиконовый материал, который был отсоединен от корпуса электрода во время последних шагов.

9. Обнажение контактов и экранирование слоев

  1. Вырежьте окна через силиконовый слой S2, который покрывает экранирующий слой. Проведите полипропиленовую нить шовного материала между основанием электрода (слой S1) и прозрачным слоем T1 на опорной пластине, чтобы расслоить готовый электрод манжеты.
  2. Переверните электрод так, чтобы центральные контакты и силиконовый слой S1 были обращены вверх, а затем обнажите их, вырезав окна через базовый силиконовый слой S1. Повторите это для внешних опорных контактов, обнажив сегменты шириной 1 мм вдоль центра контактов. Убедитесь, что стабилизирующие сквозные отверстия по бокам контактов сравнения полностью встроены в корпус электрода.

10. Паяние коннектора к выводам

  1. Нанесите паяльное вещество отдельно на выводы и соединительные контакты, а затем нагрейте и соедините обе части вместе с помощью паяльника.
    заметка: Подводящие провода DFT состоят из серебряного сердечника, окруженного внешним слоем, изготовленным из сплава на основе никель-кобальта MP35N. Нанесение припоя на эти проволоки требует использования специального флюса для приклеивания к проволоке (см. Список материалов).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

figure-results-1
Рисунок 1: Обзор FINE и его компонентов. А) FINE в открытом положении и четыре основных компонента здания, требующих точной резки. К таким компонентам относятся: рамка массива контактов (I), полосы средних контактов (II), опорные контакты (III), прокладки PEEK (IV). Манжета обращена вниз по отношению к расположению контактов по отношению к нерву. Прокладки (IV) удаляются после сборки...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
Конфликт интересов не декларируется.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Платино-иридиевая фольгаАльфа Аэсар4180290%Иридий платины
Провода DFTФорт Уэйн Металс35N LT-DFT-28%Ag
Свинцовый разъемКорпорация Omnetics ConnectorМКС-27-СС
Силиконовый листСпециализированный производитель кремнияСиликоновый лист 0,005"x12"x12"Высокая твердость, вулканизированный
Лист полиэфирэфиркетона (PEEK)Пик-Оптима0,005 листа марки LT3
Сетка для стябелизации из полиэстераХирургическая сеткаPETKM2002
Силиконовые трубки (внутренний диаметр 0,04 дюйма, внешний диаметр 0,085 дюйма)Силкон Медикал/НьюЭйдж Индастриз.2810458
Внешний экранирующий слойAlfa Aesar, A Johnson MattheyMFCD00003436 (11391)Золотая фольга, толщина 0,004 дюйма
Лист прозрачностиАполлонAPOCG7060
Ультразвуковое очиститель ваннТерра Юниверсал2603-00А-220
Стандартная лабораторная печь IsotempНаучный центр Фишера13247637Г
оптический микроскопНаучный центр ФишераТел.: 15-000-101
пинцетТехник18049США (2A-SA)
Рукоятки хирургических лезвийХирургические изделия Aspen371031
Опорная рамаМакмастер-Карр9785К411
Опорная балкаМакмастер-Карр9524К359
Две части силиконаНусилМЕД 4765
Паяльный флюсПродукты для пайки SRAFLS71
лента3М Здравоохранение1535-0 (SKUMMM15350H)Бумажная, гипоаллергенная хирургическая лента
Аппарат для точечной сваркиUnitekБлок питания 125 со сварочной головкой 101F
Платформа для лазерной резкиУниверсальные лазерные системыПЛС6.150ДЛазер мощностью 150 Вт

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи