Kayıt ve Stimülasyon Uygulamaları için Yüksek İletişim-Yoğunluk Fabrikasyon, Düz Arayüz Sinir Elektrotlar
4 Ekim 2016
Bu makalede, yüksek temas yoğunluklu düz arayüz sinir elektrot (GÜZEL) fabrikasyonu süreci hakkında ayrıntılı bir açıklama sağlar. Bu elektrot kayıt ve periferik sinirler içinde seçici nöral aktiviteyi teşvik etmek için optimize edilmiştir.
Bu protokolün genel amacı, nöral arayüz uygulamalarında kullanılmak üzere düz arayüzlü manşet elektrotları üretmektir. Düz arayüzlü manşet elektrotlarının kullanılması, bir uzvu sinirlerden hareket ettirme niyetinin nasıl kaydedileceği gibi nöroprotez alanındaki sorunların çözülmesine yardımcı olabilir. Manşet elektrotları milimetre altı özelliklere sahip olsa da, yine de elle güvenilir bir şekilde yapılabilirler.
Ve tasarım esnektir. Birçok farklı nöral arayüz uygulamasına kolayca özelleştirilebilir. Elektrotun gerçek bir ölçek diyagramını oluşturmak için bir CAD yazılımıyla başlayın.
Bu diyagram, elektrotun boyutlarını ve çeşitli elektrot bileşenlerinin yerleştirme yerlerini belirleyecektir. Benzer şekilde, lazer kesim makineleri kullanılarak üretilebilmeleri için kontakların ve elektrot bileşenlerinin ek bir CAD dosyasını oluşturun. Hazırlık olarak, merkez kontakları mikroskobun altına yerleştirin ve bir punta kaynak makinesi kullanarak kurşuna bağlayın.
Yaklaşık 45 derecelik bir açıyla ilk bükümü yapmak için kontağı basılı tutun ve ardından kontağın çerçevesinin etrafına katlayın. Dizi çerçevesinin her iki yanındaki kontak uçlarını değiştirin. Ardından, kılavuz diyagramın üzerine bir saydamlık sayfası yerleştirin ve taban plakasına bantlayın.
Şimdi, yapıya başlamak için, beş mil kalınlığındaki bir silikon levhadan beş cm'lik kare bir parça kesin. Hava kabarcıklarını hapsetmeden taban plakasına yerleştirin. Ardından, iki gram kürlenmemiş silikon hazırlayın ve üç dakika boyunca bir vakum odasında gazını alın.
Sıkışan havanın dışarı çıkabilmesi için vakumu periyodik olarak serbest bırakın ve yeniden uygulayın. Şimdi, kılavuza göre ara parça segmentlerinin konumlarına ince bir kürlenmemiş silikon çizgisi uygulayın. Ardından, hazırlanan ara parça bileşenlerini silikon levha üzerine bastırarak belirlenen bölgelerine yapıştırın.
Şimdi, silikonu önceden ısıtılmış 130 santigrat derece izotemp fırına 30 dakika koyun ve ardından 10 dakika soğutun. Şimdi, referans kontaklarını, kaynak noktaları yukarı bakacak ve kontak uçları uzak uçtan çıkmak için manşetin orta hattına doğru yönlendirilecek şekilde belirlenen konumlarına yerleştirin. Doğru konumlandırmayı sağladıktan sonra, kontakları silikon katmanın üzerine bastırın ve kürlenmemiş silikonu deliklere bırakın.
Ardından, uçları geçici olarak bantla sabitleyin ve silikonu 130 santigrat derecede 90 dakika veya gece boyunca oda sıcaklığında sertleştirin. Referans kontakları silikon ile sabitlendikten sonra, merkez kontak dizisini takmak için aynı tekniği kullanın. Daha da önemlisi, yüksek kaliteli bir kayıt elde etmek için merkez kontakları tam olarak yerleştirilmelidir.
Müşteri adaylarının belirlenen çıkış yerlerine uygun şekilde yönlendirilmesi de çok önemlidir. Bir cm'ye beş cm'lik bir şeffaflık tabakası kesin ve merkez temas dizilerini kaplamak için kullanın. Ardından taban plakasına kadar bantlayın.
Küçük fikstür çubuğunu elektrotun ortasına yerleştirin ve silikon sertleşirken orta kontakları yerine sabitlemek için taban plakasına sıkıştırın. Sertleştikten sonra küçük fikstür çubuğunu çıkarın. Ardından, referanslar ve metal kontaklar için uçları sabitleyen tüm bandı çıkarın ve metal kontak dizilerini ortaya çıkarmak için şeffaf levhayı nazikçe çıkarın.
Şimdi, elektrotla aynı genişliğe sahip ve beş cm uzunluğunda kare bir şeffaflık parçası kesin. Ardından, tüm elektrot yüzeyini kaplayabilen kare bir silikon levha parçası kesin. Şimdi, bu silikonu şeffaflık parçasının üzerine yerleştirin ve herhangi bir düzensizliği gidermek ve hava kabarcıklarının sıkışmasını önlemek için düz bir şekilde gerin.
Ardından, her biri beş cm uzunluğunda dört parça silikon boru kesin ve bunları şemayı takip ederek çıkış yerlerine yerleştirin. Elektrotun kenarı ile tüp arasında iki mm boşluk bırakın. Her bir tüp çiftini cımbızla tutarken, tüpleri tüp ucundan bir mm uzaklıktan başlayarak bantlayın.
Şimdi, ortadaki kontakların müşteri adaylarını ve referansları demetler halinde düzenleyin. Ardından, bunları çıkış yerlerinin yakınındaki ilgili tüpten geçirin. Bunu tüm tüpler için yapın.
Daha sonra, vakumlu bir karıştırma kabından veya bir şırıngaydan, tüm elektrot gövdesi üzerine bol miktarda kürlenmemiş silikonu yavaşça bırakın. Şimdi, silikonu ve şeffaflık yapısını kürlenmemiş silikonun üzerine yerleştirin. Silikon tabakayı yapışmış halde tutarken saydamlık parçasını elektrotla hizalayın.
Ardından, şeffaflığı bantlayın ve sıkışan hava kabarcıklarını gidermek için hafif basınç uygulayın. Son olarak, büyük fikstür çubuğunu elektrotun ortasına ve şeffaflık segmentinin üzerine yerleştirin. Daha sonra orta derecede basınçla taban plakasına sıkıştırın ve silikonu tamamen sertleştirin.
Bir koruyucu katman eklemek için, büyük fikstür çubuğunu çıkarın ve saydamlık parçasını cımbızla çıkarın. Ardından koruyucu tabakayı elektrotun her bir yüzünün ortasına yerleştirin ve yavaşça elektrotun içine bastırın. Daha sonra deliklere bir miktar kürlenmemiş silikon koyun ve 130 santigrat derecede 30 dakika boyunca kısmen sertleştirin.
Oda sıcaklığına soğuduktan sonra, silikonu bu segmentlerden uzak tutmak için elektrotun dış uçlarının ve kapatma flanşlarının üzerine yapışkan bant yerleştirin. Ardından, tüm elektrot gövdesini kaplamak için bir silikon tabakası ekleme işlemini tekrarlayın. Bunu, elektrotun üzerine silikon ve saydam levhalar yerleştirerek takip edin ve ardından bunları büyük bir fikstür çubuğuyla sabitleyin ve silikonu sertleştirin.
Sertleştikten sonra, işlemi tamamlamak için fazla silikonu ve bandı çıkarın. Ardından, ara parça parçalarını ortaya çıkarmak için silikondan pencereleri kesin ve ara parça parçalarını çıkarmak için cımbız kullanın. Daha sonra, bir mikroskop altında, elektrot gövdesi ile aynı seviyeye gelene kadar tüplerin üzerindeki bandı ve silikonu çıkarın.
Ardından, elektrotun çevresini taban plakasına kadar dikkatlice kesin. Şimdi, elektroda zarar vermemeye dikkat ederek, kablonun çıkış yerlerini şekillendirmek için kılavuz diyagramı izleyin. Her bir tüp çifti arasında, elektrot katmanlarından tamamen geçen ve dış tarafa doğru uzanan bir üçgen kesin.
Şimdi, pencereleri koruyucu tabakayı kaplayan silikona kesin. Ardından, polipropilen sütürü elektrot tabanı ile bitişik şeffaf tabaka arasında kaydırın ve neredeyse bitmiş manşet elektrodunu delaminasyona tabi tutmak için kullanın. Son olarak, merkez kontakları ve referans kontaklarını ortaya çıkarmak için silikondan pencereleri kesin.
Üretilen FINE elektrodu, bir köpekte 7.5 ay boyunca siyatik sinirin aktivitesini kaydetmek için kullanıldı. Özelleştirilmiş bir ön amplifikatör ve bir süper beta giriş enstrümantasyon amplifikatörü uygulandı. Elektrot, iki serbest kenarı birbirine dikilerek sinirin etrafına implante edildi.
Manşet, uzunlamasına yönde esnekliği korurken siniri düzleştirir. Manşet içindeki artan basınç seviyelerine elektrot tepkisi ölçüldü. 67 mm cıva diyastolik basınç seviyesinde, manşet ilk kesit alanının 1.25'ine genişletildi.
Bu genişleme, implant prosedüründen sonra sinir şişmesini telafi etmek için kullanılabilir. Kronik implant süresi boyunca periyodik olarak çeşitli parametreler ölçüldü. Gürültü sinyali 7,5 ay boyunca sabit kaldı.
1 kHz'de ölçülen temas empedansı da sabit kaldı. Son olarak, hayvanın derisindeki kötü bağlantılar nedeniyle meydana geldiği gözlemlenen ikiden fazla aktif olmayan temas olmadı. Bu videoyu izledikten sonra, benzer çok kanallı sinir elektrotlarının nasıl üretileceğini iyi anlamalı ve tasarımı son uygulama gereksinimlerinizi karşılayacak şekilde ayarlayabilmelisiniz.
Bu elektrotların kullanımı, nöroprotez alanındaki araştırmacıların sinirlerden gelen istemli sinyalleri kaydetmesinin yolunu açmıştır.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu makale, yüksek temas yoğunluklu düz arayüz sinir elektrodu (FINE) üretim sürecinin ayrıntılı bir açıklamasını sunar. Bu elektrot, çevresel sinirlerde sinir aktivitesini seçici olarak kaydetmek ve uyarmak için optimize edilmiştir.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nöroprozetikler
- Sinir arayüzleri
- Elektrod tasarımı
Arka Plan
- Düz arayüzlü manşet elektrotları, nöroprozetlerdeki sorunları çözmeye yardımcı olabilir.
- Bir uzuvun hareket etme niyetini sinirlerden kaydetmek için tasarlanmıştır.
- Bu elektrottalar submilimetrik özelliklere sahiptir.
- Tasarım, çeşitli uygulamalar için esnek ve özelleştirilebilirdir.
Çalışmanın Amacı
- Sinir arayüz uygulamaları için düz arayüzlü manşet elektrotları üretmek.
- Sinir aktivitesinin kaydını ve stimülasyonunu iyileştirmek.
- Bu elektrotları elle oluşturmak için güvenilir bir yöntem sağlamak.
Kullanılan Yöntemler
- Elektrotların gerçek ölçekli diyagramlarını üretmek için CAD yazılımının kullanılması.
- Güvenilir elektrot üretimi için elle yapım teknikleri.
- Farklı sinir arayüz uygulamaları için tasarımların özelleştirilmesi.
- Gelişmiş performans için elektrot özelliklerinin optimizasyonu.
Ana Sonuçlar
- Yüksek temas yoğunluklu düz arayüz sinir elektrotlarının başarılı üretimi.
- Elektrotların sinir kaydı ve stimülasyonunda etkinliğinin gösterimi.
- Submilimetrik özellikler için elle yapım sürecinin doğrulanması.
- Tasarımdaki esneklik, nöroprozetlerde çeşitli uygulamalara izin verir.
Sonuçlar
- Üretilen elektrotlar, sinir arayüz teknolojisini iyileştirme potansiyelini göstermektedir.
- Elle yapım, karmaşık elektrot tasarımları oluşturmak için uygun bir yöntemdir.
- Dahası araştırma, bu elektrotların sinirbilimdeki uygulamalarını genişletebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
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.
