Sviluppo di un elettrodo per elettromiografia epimisiale a basso costo: un flusso di lavoro semplificato per la fabbricazione e il collaudo

Summary

Il nostro scopo era quello di fornire una guida aggiornata e facile da seguire sulla fabbricazione e il collaudo degli elettrodi per elettromiografia epimisiaca. A tal fine, forniamo istruzioni per l'approvvigionamento dei materiali e una panoramica dettagliata del processo di fabbricazione e test.

Abstract

L'elettromiografia (EMG) è un prezioso strumento diagnostico per rilevare le anomalie neuromuscolari. Gli elettrodi epimisiali impiantabili sono comunemente usati per misurare i segnali EMG nei modelli preclinici. Sebbene esistano risorse classiche che descrivono i principi della fabbricazione di elettrodi epimisiali, c'è una scarsità di informazioni illustrative che traducono la teoria degli elettrodi in pratica. Per rimediare a questo problema, forniamo una guida aggiornata e facile da seguire sulla fabbricazione e il test di un elettrodo epimisiale a basso costo.

Gli elettrodi sono stati realizzati piegando e inserendo due lamine di platino-iridio in una base di silicone pretagliata per formare le superfici di contatto. Successivamente, i fili di acciaio inossidabile rivestiti sono stati saldati su ciascuna superficie di contatto per formare i cavi degli elettrodi. Infine, è stata utilizzata una miscela di silicone per sigillare l'elettrodo. Sono stati condotti test ex vivo per confrontare il nostro elettrodo fabbricato su misura con un elettrodo standard del settore in un bagno salino, dove sono stati riscontrati alti livelli di concordanza del segnale (seno [correlazione intraclasse - ICC= 0,993], quadrato [ICC = 0,995], triangolo [ICC = 0,958]) e sincronia temporale (seno [r = 0,987], quadrato [r = 0,990], triangolo [r = 0,931]) in tutte le forme d'onda. Bassi livelli di impedenza degli elettrodi sono stati quantificati anche tramite spettroscopia di impedenza elettrochimica.

È stata inoltre condotta una valutazione delle prestazioni in vivo in cui il muscolo vasto laterale di un ratto è stato strumentato chirurgicamente con l'elettrodo fabbricato su misura e la segnalazione è stata acquisita durante la camminata in salita e in discesa. Come previsto, il picco di attività EMG è stato significativamente inferiore durante la camminata in discesa (0,008 ± 0,005 mV) rispetto alla salita (0,031 ± 0,180 mV, p = 0,005), supportando la validità del dispositivo. L'affidabilità e la biocompatibilità del dispositivo sono state supportate anche da una segnalazione costante durante la camminata a livello a 14 giorni e 56 giorni dopo l'impianto (0,01 ± 0,007 mV, 0,012 ± 0,007 mV rispettivamente; p > 0,05) e dall'assenza di infiammazione istologica. Collettivamente, forniamo un flusso di lavoro aggiornato per la fabbricazione e il collaudo di elettrodi epimisici a basso costo.

Introduction

L'elettromiografia (EMG) è un potente strumento per studiare l'attività elettrica del muscolo. Le registrazioni EMG possono essere particolarmente utili nei modelli animali preclinici per valutare l'efficacia degli interventi per il trattamento della disfunzione neuromuscolare. In questi modelli, gli elettrodi biocompatibili impiantabili sono comunemente usati per valutare l'interfaccia neurofisiologica tra motoneuroni e fibre muscolari. Questi elettrodi impiantabili possono fornire misurazioni localizzate dell'eccitazione muscolare e possono essere diversi in termini di configurazione, forma e materiale, con il design ottimale dettat....

Protocol

La procedura in vivo è stata condotta sotto l'approvazione dell'Institutional Animal Care & Use Committee dell'Università del Michigan (IACUC approval #PRO00010765) e in conformità con le linee guida del National Institutes of Health sulla cura e l'uso degli animali da laboratorio.

1. Approvvigionamento e fabbricazione di elettrodi

NOTA: La Figura 1 fornisce un riepilogo di alto livell.......

Discussion

Il nostro obiettivo era quello di semplificare il processo di fabbricazione EMG, consentendo una più ampia adozione e implementazione di design di elettrodi epimisiali, promuovendo così l'accessibilità e facendo progredire la ricerca neuromuscolare. A tal fine, presentiamo una guida di facile utilizzo per l'approvvigionamento, la fabbricazione e il test di elettrodi epimisici a basso costo in-house. Nella speranza di supportare altri gruppi di ricerca, forniamo anche modelli di stampa.......

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