低成本肌外肌电图电极的开发：简化的制造和测试工作流程

Summary

我们的目的是提供一份更新的、易于遵循的关于肌膜外肌电图电极制造和测试的指南。为此，我们提供了材料采购说明以及制造和测试过程的详细演练。

Abstract

肌电图 （EMG） 是检测神经肌肉异常的有价值的诊断工具。植入式肌外膜电极通常用于临床前模型中测量 EMG 信号。尽管存在描述表扬电极制造原理的经典资源，但将电极理论转化为实践的说明性信息很少。为了解决这个问题，我们提供了一个更新的、易于遵循的指南，用于制造和测试低成本的肌外电极。

通过将两个铂铱箔折叠并插入预切的硅胶基座以形成接触表面来制造电极。接下来，将涂层不锈钢丝焊接到每个接触面上以形成电极引线。最后，使用有机硅混合物密封电极。进行了 离体 测试，将我们定制的电极与盐水浴中的行业标准电极进行比较，其中在所有波形中发现了高水平的信号一致性（正弦 [类内相关性 - ICC= 0.993]、方波 [ICC = 0.995]、三角形 [ICC = 0.958]）和时间同步性（正弦 [r = 0.987]、方波 [r = 0.990]、三角形 [r= 0.931]）。还通过电化学阻抗谱量化了低水平的电极阻抗。

还进行了 体内 性能评估，其中大鼠的股外侧肌用定制的电极进行手术器械检测，并在上坡和下坡行走期间获得信号。正如预期的那样，下坡行走期间的峰值 EMG 活动 （0.008 ± 0.005 mV） 明显低于上坡 （0.031 ± 0.180 mV，p = 0.005），支持该设备的有效性。植入后 14 天和 56 天 （分别为 0.01 ± 0.007 mV、0.012 ± 0.007 mV;p > 0.05）和无组织学炎症，也支持了该设备的可靠性和生物相容性。总的来说，我们为低成本落射电极的制造和测试提供了更新的工作流程。

Introduction

肌电图 （EMG） 是研究肌肉电活动的强大工具。肌电图记录在临床前动物模型中特别有用，以评估治疗神经肌肉功能障碍的干预措施的有效性。在这些模型中，植入式生物相容性电极通常用于评估运动神经元和肌肉纤维之间的神经生理学接口。这些植入式电极可以提供肌肉兴奋的局部测量，并且可以在配置、形状和材料方面有所不同，最佳设计最终取决于位置和预期用途。

尽管它们适用于在临床前模型中评估肌肉兴奋，但肌外电极的使用可能会受到成本的限制。因此，许多研究人员使用内部生产的定制附加肌电极。尽管有资源详细介绍了电极制造、测试和使用的基本考虑因素 ^1,2，但需要更新的指导指南，详细说明使用现代方法获取、制造和验证外延电极。以 Loeb 和 Gans³ 以及其他电极理论基础工作为基础，我们提出了有关采购和制造低成本附加电极的现代说明，并在一系列离体和体内实验中测试了它们的性能。其目的是为科学界的其他人提供一个用户友好的指南，以采购、制造和测试内部低成本的动物用肌外膜电极，从而在临床前模型中更广泛地量化肌肉兴奋。

在该协议中，我们提供了在现代电生理学实验室中采购、制造和测试用于动物的附阴电极....

Protocol

体内程序是在密歇根大学机构动物护理和使用委员会（IACUC批准 #PRO00010765）的批准下进行的，并按照美国国立卫生研究院关于实验室动物护理和使用的指南进行。

1. 电极采购和制造

注意： 图 1 提供了所有关键制造步骤的高级摘要，并带有一个 QR 链接，该链接提供了额外的视觉说明。

1. ?.......

Discussion

我们的目标是简化 EMG 制造过程，更广泛地采用和实施 epimysial 电极设计，从而提高可及性，并推进神经肌肉研究。为此，我们提供了一个用户友好的指南，用于在内部采购、制造和测试低成本的失散电极。为了支持其他研究小组，我们还提供了补充 3D 打印模板，以促进为他们的研究工作生产内部外延电极。

考虑采用这些制造技术的研究人员读者应?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Electrode Materials
			Quantity & price per electrode
Contact surface	Prince and Izant PT90/IR10 1.25 mm x 5 mm foil	Catalog #1040055	2 per electrode $7.50 per foil $15.00 per electrode
PFA coated stainless-steel electrode lead wire	A-M Systems Multi-Stranded PFA-Coated Stainless Steel Wire 50.8 µm strand diameter	Catalog #793500	Dependent on desired lead length (e.g., 9 inch lead wires x2) $128 per 25 ft spool $5.12 per foot $0.42 per inch (x18) $7.68 per electrode
Folding jig	3D printed (see .gcode file)	NA	NA
Sealant for electrode body	Nusil Med-1137 liquid silicone	Catalog #MED-1137	1 gram $344.66 per 2 oz. (59.15 mL) $5.83 per electrode
Silicone base	Implantech Alliedsil Silicone Sheeting-Reinforced, Long Term Implantable (8” x 6”) .007 thick	Catalog #701-07	10mm x 5mm sheet $225.00 per 8 x 6 inch $0.36 per electrode (10 mm x 5 mm)
Thinner for sealant mixture	Toluene 99.5% ACS Reagent 500mL or Xylene ACS 99.5%	Catalog #179418-500 ML	0.75 mL $25.53 per 500 mL $0.38 per electrode
Template for perforating silicone base	Cutting jig – 3D printed (see CAD file)	NA	NA
Custom-fabricated electrode: $29.25
Industry standard electrode (EP105 EMG Patch Electrode, 2 contacts, single-sided, 7mm x 4mm, MicroProbe for Life Science): $305.00
Additional Fabrication Materials
			Quantity & price per electrode
3D printing software	Solidworks (Solidworks, 2022)
Micro-Tig welder	Micro-Tig Welder (CD1000SPM, Single Pulse Research and Light Production Resistance Spot Welder, Sunstone)	SKU 301010	$3,500
Ultrasonic bath	Ultrasonic bath (CPX Series Ultrasonic Bath, Fisherbrand).	15-337-403	NA
Ex Vivo Testing Materials
			Quantity & price per electrode
Data acquisition platform and software	DigitalLynx 4sX Base Cheetah version 6.0 (Neuralynx Inc.)	NA	EMG acquisition hardware and software
Electrode interface board (EIB)	EIB, EIB16-QC, Neuralynx Inc.	31-0603-0007	NA
Signal generator	5 MHz Function Generator, B&K Precision	4005DDS220V	$387.46
Potentiostat	PGSTAT1 potentiostat (EcoChemie, Utrecht, Netherlands)	NA	NA
Stainless steel screw	Fine Science Tools	19010-00	$98
Ex Vivo Testing Materials
			Quantity & price per electrode
Rodent treadmill	Exer 3/6 Open Treadmill, Columbus Instruments	NA	NA
Dental cement	Excel Formula® Pourable Dental Material, St. George Technology Inc.	#24211	$125.60
Light microscope	Keyence BZ-X800, Keyence Corporation, Osaka, Japan	NA	NA
Motion capture system	Optitrack Color Camera, Optitrack, NaturalPoint Inc.	NA	NA
Peak detection algorithm	“SciPy.signal.find_peaks - SciPy v1.8.1 Manual”, 2022	NA	NA
Python software	Python Software Foundation. Python Language Reference, version 3.9. Available at http://www.python.org	NA	NA
Rat	HsdBlu: LE, Envigo	140	NA
Statistical sotware	GraphPad Prism version 10.0.0 (GraphPad Software, Boston, Massachusetts USA)	NA	NA