Summary
A inserção de sondas de microeletrodos neurais flexíveis está habilitado, anexando sondas para reforços rígidos com polietileno glicol (PEG). Um processo de montagem exclusiva garante uniforme e apego repetível. Após a inserção no tecido, o PEG se dissolve e o reforço é extraído. Um método de ensaio in vitro, avalia a técnica em gel de agarose.
Abstract
Matrizes de microeléctrodos para dispositivos de interface neurais que são feitas de polímero biocompatível de película fina são esperados ter estendido vida funcional, porque o material flexível pode minimizar a resposta adversa do tecido causado por micromovimentos. No entanto, a sua flexibilidade impede que eles sejam precisamente inserida no tecido neural. Este artigo demonstra um método para fixar temporariamente uma sonda flexível de microeletrodos para um reforço rígido usando polietileno glicol biodissolvable (PEG) para facilitar a inserção preciso, cirúrgico da sonda. Um design único reforço permite a distribuição uniforme do adesivo PEG ao longo do comprimento da sonda. Ligação Virar-chip, uma ferramenta comum usada em microeletrônica embalagem, permite o alinhamento e fixação da sonda precisa e repetível para o reforço. A sonda e de reforço são implantados cirurgicamente em conjunto, em seguida, o PEG é deixado dissolver-se de modo que o reforço pode ser extraído, deixando a sondano lugar. Por fim, um método de ensaio in vitro é utilizado para avaliar a extracção de reforço num modelo de gel de agarose de tecido cerebral. Esta abordagem à implantação provou ser particularmente vantajoso para as sondas mais flexíveis (> 3 mm). Ele também proporciona um método viável para a implantação de sondas flexíveis de dupla face. Até à data, a técnica tem sido utilizada para obter vários dados in vivo de gravação a partir do córtex de rato.
Introduction
Matrizes de microeletrodos são uma ferramenta essencial em neurociência, bem como aplicações clínicas emergentes, como próteses. Em particular, penetrantes sondas micro-eletrodos permitem a estimulação e registro da atividade neuronal através do contato próximo com as células do cérebro, medula espinhal e nervos periféricos. Um grande desafio para as sondas neurais implantados é a estabilidade e longevidade das funções de estimulação e gravação. Os estudos de modelação e experimentais da interacção entre sondas de microeléctrodos e tecido neural sugeriram que um mecanismo de degradação é micro-rasgamento do tecido neural devido a um ligeiro movimento relativo entre a sonda e o tecido 1-3. Uma solução é fabricar sondas flexíveis que correspondem mais de perto as propriedades de rigidez em massa de tecido neural, a fim de minimizar micromovimento relativa. Como tal, polímeros biocompatíveis película fina, como poliimida e parylene foram adotados como substratos favoráveis para microeleceléctrodo investiga 4-8.
Uma troca de sondas flexíveis é que eles são difíceis de inserir no tecido neural. Os investigadores têm tido abordagens diferentes para facilitar a inserção de sondas flexíveis enquanto preserva as propriedades mecânicas desejáveis. Uma classe de projetos modifica a geometria da sonda polímero para aumentar a rigidez em determinadas seções ou eixos, mantendo a conformidade em outras partes. Isto foi conseguido através da incorporação de nervuras ou camadas de outros materiais de 9,10. Outra abordagem integra um canal 3-D para o desenho da sonda de polímero que é enchido com material biodegradável 11. Esta sonda pode ser endurecido temporariamente, e depois da inserção do material em dissolver o canal de saída e de esgotos. No entanto, os métodos como estes que modificam permanentemente a geometria do dispositivo final implantado pode comprometer algumas das características desejáveis da sonda flexível.
Um método que faz not alterar a geometria da sonda final é para encapsular o dispositivo de polímero com material biodegradável para endurecer temporariamente o dispositivo de 12-14. No entanto, os materiais biodegradáveis típicos têm pedidos de módulos de Young de grandeza menor do que a de silício e, por consequência, necessitam de maior espessura para conseguir a mesma rigidez. Adequadamente revestimento da sonda pode resultar em uma ponta mais arredondada ou cega, fazendo inserção mais difícil. Além disso, uma vez que os revestimentos que se dissolvem são expostos, há um risco de se dissolver imediatamente ao entrar em contacto, ou mesmo grande proximidade, com o tecido.
Uma outra classe de métodos utiliza materiais de substrato novo teste que reduzem a rigidez depois de ser implantado no tecido. Tais materiais incluem polímeros de memória de forma 15 e um nanocompósito adaptativo mecanicamente 16. Estes materiais são capazes de diminuir o módulo de elasticidade significativamente após a inserção, e pode resultar em que as sondas mais intimamente MatCh as propriedades mecânicas do tecido neural. No entanto, a gama possível de rigidez ainda é limitado, portanto, podem não ser capazes de fornecer muito elevada rigidez equivalente ao silício ou tungstênio fios. Assim, no caso de sondas flexíveis, que são muito longo (por exemplo,> 3 mm) ou que têm extremamente baixa rigidez, pode ainda ser necessário um método de fixar temporariamente um reforço mais rígidas.
Ainda um outro método promissor relatado é para revestir um serviço de transporte de enrijecimento com um auto-montagem monocamada permanente (SAM) para personalizar a interação de superfície entre o ônibus ea sonda flexível 17. Quando seca, a sonda adere ao transporte revestido eletrostático. Após a inserção, a água migra para a superfície hidrofílica, separando a sonda do ônibus para que o transporte pode ser extraído. Foi demonstrada a extração de Transporte com o deslocamento da sonda reduzida (85 mm). No entanto, com apenas interacções electrostáticas que prende a sonda de tele shuttle, há algum risco de derrapagem sonda em relação ao transporte, antes e durante a inserção.
Desenvolvemos um método em que a sonda flexível é ligada a um reforço com um material adesivo temporário biodissolvable que prende firmemente a sonda durante a inserção. As sondas utilizadas foram feitas de poliamida, que tem um módulo de elasticidade da ordem de 2-4 GPa. O reforço foi fabricado a partir de silicone, com um módulo de elasticidade de 200 GPa ~. Quando ligada, a rigidez do silício domina, facilitando a inserção. Uma vez inserido no tecido, o material adesivo se dissolve e o reforço é extraído para restaurar a sonda para a sua flexibilidade inicial. Foram selecionados de polietileno glicol (PEG) como o material adesivo biodissolvable. PEG tem sido usada em aplicações de implantados, tais como sondas neurais, engenharia de tecidos, e 11,18,19 a entrega da droga. Algumas evidências sugerem que o PEG pode atenuar resposta neuroinflammatory no cérebrotecido 18,20. Em comparação com outros materiais possíveis, incluindo sacarose,-co-ácido glicólico ácido poli (PLGA), e álcool polivinílico (PVA), o PEG tem um tempo de dissolução em fluidos biológicos, que é de uma dimensão adequada para muitas cirurgias de implante (na ordem de dezenas de minutos, dependendo do peso molecular). Além disso, é sólido à temperatura ambiente e líquido a temperaturas variando 50-65 ° C. Esta propriedade faz com que seja particularmente adequado para o nosso processo de montagem de precisão. Além disso, semelhante à descrita no SAM 17, o PEG é dissolvido hidrofílica, facilitando a extracção do reforço. Esta abordagem vantajoso é ativado por um projeto reforço novela e processo de montagem metódica que garantir a cobertura adesiva uniforme e alinhamento preciso e repetível. Em adição ao processo de montagem, que apresentam o método de aplicação do reforçador removível durante a cirurgia, bem como um processo in vitro para avaliar a extracção do stiffener.
O protocolo aqui apresentado assume que o utilizador possua uma sonda microeléctrodo de polímero flexível. A parte do protocolo relativo a fabricação do reforço e a montagem desta sonda para um enrijecedor assume acesso a ferramentas comuns encontradas em instalações de microfabricação. O protocolo relativo à inserção e extração provavelmente seria realizado em um laboratório orientada a neurociência.
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Protocol
1. Assembleia da Sonda para Stiffener
Esta secção do protocolo descreve a fabricação de um reforçador de silício, e a montagem de uma sonda de polímero de película fina para o reforço. Figura 1 ilustra uma sonda neuronal polímero típico, juntamente com o reforço proposto. Os detalhes da concepção de reforço são mostrados na Figura 2. O romance característica deste projeto é a rasa "absorção" do canal em execução ao longo de seu comprimento, que é usado para distribuir adesivo líquido durante a montagem. A porção mais larga do reforçador é um guia para a manipulação durante a montagem e a inserção cirúrgica. Um reservatório no separador liga ao canal. O componente é fabricado a partir de silício usando os processos de microfabricação padrão.
- O reforço de silício com um canal de capilaridade foi fabricada a partir de um (SOI) bolacha de silício sobre isolante com uma espessura de camada do dispositivo igual à espessura desejada para o reforço (
- Coloque um sedimento de polietileno glicol (PEG) de peso molecular de 10.000 g / mol para dentro do reservatório (Figura 4). Aquecer o reforço para 65 ° C, de modo que o PEG derrete e pavios para dentro do canal, por acção capilar. Em seguida, arrefecer até à temperatura ambiente para solidificar. A Figura 5 mostra um diagrama esquemático do chip Bonder aleta configurado. Coloque o reforço de cabeça para baixo no palco base do bonder flip chip, em seguida, pegar o reforço com a cabeça da ferramenta. Coloque a sonda de cabeça para baixo no palco base. Usando o bonder flip chip, alinhar o reforço ea sonda e abaixe o reforço e coloque-a na sonda.
- A fase de base do Bonder flip chip deve ter um elemento de aquecimento para aplicar calor para o substrato. Após a colocação do reforço, aquecer o conjunto, mais uma vez a 65 ° C. Permitir um minuto para o PEG a refusão e começam a encher na interface entre a sonda e reforço. Legal para solidificar.
- Vire o conjunto mais e inspecionar a partir do topo. Reaquecimento conforme necessário para permitir que o PEG para encher completamente a interface entre a sonda e o reforço. Isto pode ser avaliado visualmente uma vez que a sonda é transparente. Como o conjunto é sentado no aquecedor superior (sonda-) para cima, coloque manualmente 1-3 epelotas xtra de PEG sólido para o separador de modo a que elas derretem sobre a sonda, proporcionando um reforço adicional nesta região (Figura 6). Finalmente, permitir que o conjunto esfriar para que o PEG solidifica. Neste ponto, o conjunto está pronto para inserção cirúrgica.
2. Inserção e Extração
- Montar o conjunto de sonda de reforço a um micromanipulador, tal como ilustrado na Figura 7A, aderindo a parte de trás do esticador para o braço micromanipulador na região do separador. Isto pode ser feito com fita dupla face ou de cimento, mas tome cuidado para não entrar em contato com a sonda com adesivo. Temporariamente fixar a extremidade do conector da sonda para o micromanipulador com um pequeno pedaço de massa de vidraceiro de adesivo de tal modo que ela pode ser facilmente removida com pouca força.
- Posicione o conjunto da sonda sobre o alvo e introduzir a sonda com a velocidade de inserção desejado. Velocidades de inserção de 0,13-0,5 mm / s foram utilizados no desenvolvimento deste protocolo. </ Li>
- Remover imediatamente a extremidade do conector da sonda do micromanipulador delicadamente e colocá-la sobre uma superfície próxima, como um segundo braço manipulador (Figura 7B). Isto deve ser feito antes de o PEG começa a dissolver-se, para evitar o deslocamento da sonda.
- Dê tempo para PEG para dissolver. Este período de tempo dependerá do peso molecular do PEG e a área de contacto entre a sonda e reforço. Por exemplo, com o PEG de peso molecular de 10.000 g / mol, uma sonda microeléctrodo cerca de 6 mm e um reforço correspondente, que é de 306 um de largura, 15 min foi encontrado para ser uma quantidade de tempo adequada. Seção 3 do protocolo apresenta um método para testar o tempo de dissolução necessário. Durante este tempo, aplicam-se tampão fosfato salino (PBS), utilizando um conta-gotas em torno do ponto de guia e inserção para dissolver qualquer PEG que é acima do alvo (Figura 7C).
- Usando um microposicionador motorizado, começam a extracção do reforço através da aplicação de um deslocamento100 mM a uma velocidade de 5 mm / seg. Este movimento rápido inicial ajuda a superar qualquer atrito estático e minimizar o deslocamento da sonda. Em seguida, completar a extracção de reforço a uma velocidade mais lenta de aproximadamente 0,1 mm / segundo (Figura 7D).
- No caso de uma cirurgia real, continuar com os procedimentos normais de aplicação de gel, de silicone, e / ou acrílico dental no local de inserção para fixar e proteger a sonda, tal como demonstrado no 21.
3. Agarose Gel Teste
Esta seção do protocolo descreve um procedimento estabelecido e examinar a extração do reforço em um gel de agarose a 0,6%, que aproxima as propriedades mecânicas em massa, pH e salinidade do tecido cerebral 17,22. Uma vez que o gel é quase transparente por meio de distâncias curtas, a separação de reforço e deslocamento da sonda pode ser observado.
- Prepara-se uma solução de 0,6% de agarose em tampão fosfato salino (PBS). Misture a um elementovada temperatura para dissolver completamente o pó de agarose. Despeje a solução em uma caixa de acrílico rasa; gel deve ser 3/4- 1 em profundidade. Permitir que o gel repousar à temperatura ambiente durante uma hora.
- Certifique-se de que o gel endurecido é saturada com PBS de modo a que não seque, e aquecer o gel a 37 ° C.
- Configurar o micromanipulador, caixa de gel de agarose, e um sistema de câmara microscópica, como mostrado na Figura 8.
- Insira uma referência de vidro fiducial na caixa de gel deslizando-o entre o gel e o lado da caixa (Figura 8). Use uma pick dental a quadratura as características do fiducial referência ao campo de visão do microscópio digital.
- Montar o conjunto de sonda para o micromanipulador, tal como descrito na etapa 2.1.
- Posicione o conjunto da sonda sobre o gel cerca de 1 mm por trás do fiducial referência.
- Inserir a sonda em gel, utilizando a câmera para guiá-la a uma profundidade desejada no campo de visão. </ Li>
- Mover-se imediatamente a extremidade de ligação da sonda para descansar sobre uma superfície próxima.
- Faça os ajustes necessários para a imagem da câmera para focar a sonda (os recursos fiduciais de referência pode ser um pouco fora de foco). Tome um instantâneo do local da sonda.
- Permitir PEG para dissolver (este tempo pode variar, e na verdade pode ser um parâmetro a ser testado). Aplicar PBS perto da guia para dissolver o PEG que é acima do gel.
- Iniciar captura vídeo, se desejado, e começar a extracção do reforço tal como descrito na etapa 2.5. Quando a extração for concluída, tirar um instantâneo final localização da sonda.
- Use as ferramentas de processamento de imagens para comparar as imagens antes e depois da extração de reforço. Use os recursos do fiducial de referência que são visíveis no campo de visão para se registrar (alinhar) as imagens. Calibrar a escala da imagem com base no tamanho dos elementos conhecidos na sonda. Meça a distância de deslocamento da sonda.
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Representative Results
Esta técnica de inserção foi usado em conjunto com LLNL sondas de poliimida de película fina, os quais passaram ISO 10993 padrões de biocompatibilidade e são destinados à implantação crónica. Uma sonda típica poliimida de película fina é ilustrada na Figura 1, juntamente com um fixador de silício que é de aproximadamente 10 mm de comprimento na região estreita. Este reforço tem um canal de capilaridade que corre ao longo do seu comprimento, como mostrado na Figura 2. Figura 3 ilustra o processo de mimcrofabrication utilizado para criar este reforço de silício. Figura 4 mostra uma pastilha de PEG sólido que foi colocado no reservatório de guia, como visto através da câmera no sistema de chip bonder flip. Depois aqueceu-se usando o aquecedor construída na fase de base do Bonder flip chip, o PEG fundido e começou a mecha no interior do canal. A visão da câmera nos permitiu acompanhar o processo de absorção até o PEG preenchido completamente o canal, which levou aproximadamente uma hora com PEG de peso molecular 10.000 g / mol. O PEG foi então resolidified e a sonda e enrijecedor foram criadas no chip Bonder aleta, como mostrado na Figura 5. Figura 9A mostra uma vista de topo de uma sonda e de reforço após ser alinhados e ligados, com PEG enchendo completamente a interface. Figura 9B mostra um exemplo de uma bolha de ar, onde o PEG não está presente por causa de uma partícula. O passo final na montagem é adicionar PEG para a região do guia sobre a parte do cabo da sonda, para reforço extra durante o manuseio. Uma vez que esta zona não será inserido o alvo, é aceitável ter um maior volume de PEG aqui, como mostrado na Figura 6. Este método de montagem tem sido usada para anexar várias formas de sondas para stiffeners, incluindo dispositivos multi-haste, como é mostrada na Figura 10.
O teste in vitro de agarose gel foi utilizado para Qualitatively avaliar diferentes parâmetros, como peso molecular PEG, tempo permitido para PEG para dissolver, e geometria reforço. A cada combinação de PEG e geometria reforçador, um determinado período de tempo foi permitido para a dissolução. Em seguida, a extração foi tentada, observando o deslocamento da sonda em tempo real. Se a sonda foi arrastado significativamente (> 200 mm), sem separação ou visivelmente deslizante em relação ao reforço, concluiu-se que o PEG não foi completamente dissolvido. Tabela 1 mostra algumas observações representativos de PEG com diferentes tempos de dissolução e variando o peso molecular, com um enrijecedor que é de 6 mm de comprimento e 306 m de largura. Outra observação em testes subsequentes era que, quando o reforçador é mais estreita (por exemplo, 220 mm), o PEG foi dissolvido em menos tempo (tão pouco quanto 5 min). Isto é provavelmente porque a área de contacto com o adesivo foi reduzida e, como resultado, verificou-se um menor volume de PEG para dissolver. Parâmetros que não parecem afetar PEGdissolução ou deslocamento da sonda foram espessura de reforço (espessura que vai de 20 um a 100 um foram testadas) e o número de canais de capilaridade (1 contra 3).
O teste in vitro também tem sido utilizada para quantificar o deslocamento médio sonda para uma dada configuração da sonda / reforçador / adesivo. Neste exemplo, o teste foi realizado usando a sequência de inserção / extracção ilustrado na Figura 7, em que o conjunto de sonda-reforçador é inserido no gel de agarose, a extremidade do conector é movida de uma superfície vizinha, o PEG é deixado dissolver-se, e o reforço é finalmente extraído, deixando a sonda no lugar. A montagem experimental da Figura 8 mostra o conjunto da sonda de reforço ligado ao braço micromanipulador e posicionado sobre o gel. O fiducial referência era um chip de vidro pequena, com uma matriz de pontos de ouro colocados contra a caixa de acrílico no campo de visão do microscópio digital.
Figura 11 mostra instantâneos antes e depois da extracção de um reforço de um conjunto de sonda, que foi testado em gel de agarose. Os recursos de luz de ouro nas imagens são do fiducial referência e foram usadas como características de referência para alinhar as imagens para o outro. O passo conhecido entre os eléctrodos (200 um) foi utilizado para calibrar o tamanho do pixel, uma vez que esta dimensão é menos sensível a variações no processo de fabricação. O deslocamento da sonda, devido à extracção líquido enrijecedor foi estimada como sendo de 28 ± 9 uM (média ± erro padrão, n = 5).
Até o momento, o método proposto foi estendido para um real cirurgia imal em várias ocasiões, para implantar uma sonda em um córtex de ratos. Após a montagem, a sonda e reforço 50 mícrons de espessura foram esterilizados juntamente no seio de EtOH à temperatura ambiente. A inserção e extracção foram realizadas com um micromanipulador ligado a uma estrutura estereotáxica. O conjunto da sonda de-reforço foi inserido em 0,13 milímetros / seg, aproximadamente, 4 mm no córtex de um rato. Após 15 min, o reforço foi extraído, deixando a sonda no lugar. Após a recuperação da cirurgia, as gravações neurais, como mostrado na Figura 12, foram obtidos com sucesso a partir do animal acordado demonstrar a viabilidade do presente método em cirurgias reais 23. Esta técnica de implante também tem sido utilizado para se obter in vivo gravações com matrizes com dois lados que têm os eléctrodos em ambos os lados da frente e de trás, como mostrado na Figura 13.
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Figura 1. Diagrama esquemático de uma sonda neuronal e típico o reforço proposto. Uma sonda de polímero típica de película fina tem uma ou mais eléctrodos na extremidade da sonda. Vestígios metálicos executado a partir dos eléctrodos ao longo do comprimento da porção de cabo e terminar num bloco que está ligado a um ligador eléctrico. O comprimento reforçador (neste caso cerca de 10 mm) em função da profundidade de inserção da sonda, e uma aba mais larga no reforço permite a manipulação. (Imagem cortesia Diana George)
Figura 2. Reforço detalhes do projeto. Um canal de capilaridade explora acção capilar para distribuir um líquido adesivo que foi depositado no reservatório. O reservatório está numa região mais ampla guia que facilita o manuseamento. (Imagem cortesia Diana George)
Seqüência Fabrication Figura 3. Para reforço de silício. O reforço de silício é fabricado em um isolador de silício sobre (SOI) bolacha (A). Primeiro os canais de capilaridade são seco-gravadas utilizando o processo de Bosch padrão (B). Em seguida, a geometria de reforço está definido por uma erosão mais que pára na camada de óxido enterrado (C). Finalmente, os reforços são libertados por molhado de gravura a camada de óxido enterrado em 49% de ácido fluorídrico (D).
Figura 4. Polietileno glicol no reservatório de reforço. Um floco de polietileno glicol colocada no reservatório do reforço. Uma vez aquecida, ela vai derreter, encher o reservatório e fluxopara o canal de capilaridade.
Figura 5. Esquema de ligação de flip-chip. O reforço é realizada com o canal para baixo por um vácuo na cabeça da ferramenta do bonder flip-chip. A sonda neural encontra-se na fase de base virado para baixo.
Figura 6. O polietileno glicol na aba reforço. Polietileno extra é generosamente aplicado na guia do reforço como reforço. A porção de cabo de uma sonda de poliimida é visível na parte superior do reforço.
Figura 7. Esquema de emserção e seqüência de extração. A) O conjunto de sonda-reforçador é inserido no tecido utilizando o micromanipulador. B) A extremidade do conector é movida de uma superfície vizinha. C) PBS é aplicável para dissolver o PEG na aba do reforço. D) O reforço é extraído, deixando a sonda no alvo.
Figura 8. Teste in vitro configurado. A configurado para inserção da sonda de ensaio e de extracção de reforço em 0,6% de gel de agarose em tampão fosfato salino. O conjunto de sonda de reforço está ligado ao braço micromanipulador e posicionado sobre o alvo de gel perto da fiducial referência. Um microscópio digital é usado para observar a sonda e reforço do gel de agarose.
Figura 9. Sonda aderiu ao reforço. A) Vista superior de uma sonda ligada a um reforço com um bom alinhamento e cobertura adesiva completo. B) Um exemplo de uma lacuna na cobertura adesiva devido a uma partícula.
Figura 10. Exemplo de uma sonda multi-haste. O processo de montagem proposto foi usado para anexar esta sonda quatro haste para um reforço de silício correspondente.
Figura 11. Exemplo de resultados de extração de reforço. Instantâneos de antes (em cima) e depois (inferior) a extração reforço com uma sonda de poliimida de película fina em gel de agarose. A luz de ouro pontos estão emo fiducial referência e são utilizados como recursos de referência para comparar as imagens e medir o deslocamento da sonda. A deslocação estimada da sonda é de 28 ± 9 uM (média ± erro padrão, n = 5).
Figura 12. Exemplo de gravações fisiológicas. Estes picos de neurónios individuais foram obtidos a partir de uma sonda flexível microeléctrodos implantados com um reforço removível, tal como descrito no presente protocolo.
Figura 13. LFP gravações de uma sonda de dupla face. Inclusão com um reforço habilitado testes removível de uma matriz flexível que tiveram eletrodos na parte dianteira e as superfícies de volta. Essas gravações LFP demonstrado cdesempenho eletrodo omparable em ambos os lados após a implantação.
| PEG dissolvido depois: | |||||
| Comprimento da sonda (mm) | Largura de reforço (mm) | Peso molecular de PEG (g / mol) | 10 min | 15 min | 30 min |
| 6 | 306 | 6000 | sim | sim | |
| 10.000 | sim | ||||
| 20.000 | não | sim | |||
Tabela 1. PEG tempo de dissolução em 0,6% de gel de agarose. Observações sobre a dissolução de PEG de diferentes pesos molecularesusada para anexar uma sonda flexível com um reforço de silicone, após a quantidades variáveis de tempo.
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Discussion
O método descrito aqui fornece um processo bem controlado para anexar sondas de polímeros de película fina de reforços separadas com um adesivo biodissolvable. Também apresentado é o procedimento cirúrgico recomendado para implementar estes stiffeners removível e uma técnica para validar o processo in vitro para uma dada configuração da sonda-reforço. Uma vez que o reforço pode ser feito de forma arbitrária rígida, o método pode facilitar a inserção de sondas relativamente longas (> 3 mm). Como tal, espera-se o método de inserção para ser uma tecnologia capacitadora para aplicações em estimulação profunda do cérebro (DBS), a estimulação da medula espinhal, e as interfaces de nervos periféricos.
A novela reforço com um canal de absorção e do processo de montagem com base flip-chips são adequados para vários materiais e configurações de sonda. Geometricamente, o reforço não tem que coincidir com a pegada da sonda e poderia, por exemplo, ser mais estreita do que a sonda. A espessura da sti ffener também pode variar. Embora tenhamos descrito um reforço feitos a partir de silicone, com outro material, pode também ser possível obter as propriedades mecânicas mais desejáveis para certas aplicações. O processo de montagem é também adequado para outros tipos de adesivo líquido. PEG é particularmente fácil de trabalhar, devido à sua capacidade de ser solidificado e refundido várias vezes. No caso de outros adesivos líquidos que não têm essa propriedade, a seqüência de montagem pode precisar ser modificado. É possível a utilização de um peso molecular diferente do PEG. Um peso molecular mais elevado irá demorar mais tempo a dissolver-se, o que pode ser desejável, durante a cirurgia. A área de contato entre a sonda e reforço também irá afetar o tempo necessário para dissolver o adesivo após a inserção da sonda. Recomenda-se que a configuração da sonda de reforço com o peso molecular escolhido ser testada in vitro, tal como descrito na secção 3 para caracterizar o tempo necessário para dissolver o adesivo.
_content "> Verificou-se que controlar com precisão a velocidade de extracção é crítica para a extracção do reforço com o deslocamento da sonda mínima. Especificamente, um movimento rápido inicial ajuda a superar o atrito estático e separar o reforço da sonda. Depois disso, o restante da extracção pode ser completado a uma velocidade mais lenta, com o deslocamento da sonda adicional negligenciável, tal como observado no teste de gel de agarose. Muitos laboratórios neuroscience utilizar sistemas estereotáxica Kopf, e existe um módulo de KOPF mircopositioner motorizado (por exemplo, modelo 2662) que podem ser adicionados a estes sistemas. Escolhemos um atuador Newport motorizada porque tinha desempenho dinâmico semelhante, mas era mais barato e tinha o controle de velocidade mais flexível. (Era necessário para fabricar um suporte simples para prender o atuador para o nosso sistema de microposicionador.) O sistema KOPF pode aplicar dois extração velocidades semelhantes às do protocolo foi desenvolvido. No entanto, a velocidade máxima do actuador KOPF é de 4 mm / seg, enquantoutilizou-se a 5 mm / seg para o deslocamento inicial usando o actuador Newport.Durante o in vitro e teste in vivo, a inserção do conjunto de sonda de reforço foi realizada tanto com um micromanipulador accionado manualmente, ou um micromanipulador motorizado, com velocidades que vão 0,13-0,5 mm / seg. Não se observou qualquer dano ou delaminação da sonda. Velocidades mais elevadas de inserção não foram avaliadas para determinar o risco de dano para o conjunto da sonda de-reforço.
Modificações no procedimento de inserção / extração estão em andamento para tornar o processo mais robusto. Em particular, um passo muito sensível está se movendo a extremidade do conector da sonda fora do micromanipulador a uma superfície vizinha. Há um risco nesta etapa de perturbar a sonda antes de ter sido assegurada. É também possível que a curva do cabo pode causar tensão no parte inserida da sonda, o que leva ao deslocamento intempestivo da sondaapós extracção de reforço. Actualmente, estes riscos são mitigados utilizando uma sonda através de um cabo que é de pelo menos 2,5 cm de comprimento. No entanto, é desejável que o processo de inserção / extracção ser menos dependente da concepção da sonda. Modificações na extremidade da ferramenta micromanipulador ou a adição de estadiamento jogos que podem suportar temporariamente o conector provavelmente irá permitir a extracção mais fiável do reforço.
Há várias questões em aberto que podem levar a futuros estudos que se estendem a partir deste método. Em primeiro lugar, quando o gel de agarose a 0,6% forneceu a análise de imagem melhor conhecida no substituto de tecido cerebral in vitro e permitiu o deslocamento de sonda, que não exactamente replicar tecido cerebral. Estudos são necessários para examinar localização e deslocamento da sonda in vivo. Em segundo lugar, é necessária uma implantação de longo prazo e testes histológicos para quantificar os benefícios da sonda flexível com um reforço removível. Tais estudos poderiam investigar a teoriaque o cumprimento da sonda reduz micromovimento e estende o desempenho do eletrodo. Finalmente, seria benéfico para caracterizar mais precisamente a taxa de degradação do PEG. Isso pode ajudar na melhor sintonia dos tempos de dissolução para as necessidades cirúrgicas específicas. Tais medidas poderiam também quantificar o tempo que o PEG dissolvido permanece entre a sonda e reforço, o que é importante uma vez que a natureza hidrofílica do PEG facilita a extracção do reforço.
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Disclosures
Os autores não têm interesses financeiros concorrentes.
Acknowledgments
Este trabalho foi financiado pelo NIH NIDCD Y1-DC-8002-01. Este trabalho foi realizado sob os auspícios do Departamento de Energia dos EUA por Lawrence Livermore National Laboratory sob contrato DE-AC52-07NA27344.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Polyethylene glycol, 10,000 g/mol | Sigma Aldrich | 309028 | |
| Agarose | Sigma Aldrich | A9539 | |
| Flexible Sub-micron Die Bonder | Finetech | Fineplacer lambda | |
| Micromanipulator | KOPF | 1760-61 | |
| Digital Microscope | Hirox | KH-7700 | |
| Dual Illumination Revolver Zoom Lens | Hirox | MXG-2500REZ | |
| Precision Motorized Actuator | Newport | LTA-HS | w/ CONEX-CC controller |
References
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