Name: insertion of flexible neural probes using rigid stiffeners attached with biodissolvable adhesive
Uploaded: 2013-09-27T13:00:00
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Ce travail a été soutenu par le NIH NIDCD Y1-DC-8002-01. Ce travail a été effectué sous les auspices du ministère de l&#39;Énergie des États-Unis par Lawrence Livermore National Laboratory sous contrat DE-AC52-07NA27344.

Une. Assemblée de la sonde de raidisseur Cette section du protocole décrit la fabrication d&#39;un raidisseur de silicium, et le montage d&#39;une sonde de polymère en couche mince sur le raidisseur. Figure 1 illustre une sonde typique des neurones de polymère en même temps que le raidisseur proposé. Les détails de la conception du raidisseur sont présentés dans la figure 2. L&#39;originalité de cette conception est le faible &quot;mèche&quot; canal...

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La méthode décrite ici fournit un processus bien contrôlé pour fixer les sondes de polymère en couches minces à raidisseurs séparés avec un adhésif biodissolvable. On présente également la procédure chirurgicale recommandée pour mettre en œuvre ces raidisseurs amovibles et une technique pour valider la procédure in vitro pour une configuration de sonde raidisseur donné. Etant donné que le raidisseur peut être rendue arbitrairement rigide, le procédé peut faciliter l&#39;insertion de sondes r...

réseaux de microélectrodes sont un outil essentiel en neurosciences ainsi que des applications cliniques émergents tels que les prothèses. En particulier, des sondes de pénétration de micro-électrodes permettent une stimulation et l&#39;enregistrement de l&#39;activité neuronale par contact étroit avec les cellules dans le cerveau, la moelle épinière et les nerfs périphériques. Un défi majeur pour les sondes de neurones implantés est la stabilité et la longévité des fonctions de stimulation et d&#39;enregistrement. Modélisation et études expérimentales de l&#39;interaction entre les sondes de micro-électrodes et le tissu neural ont suggéré que l&#39;un des mécanismes de dégradation est micro-déchirure du tissu nerveux en raison d&#39;un léger mouvement relatif entre la sonde et le tissu 3.1. Une solution consiste à fabriquer des sondes flexibles qui correspondent de plus près les propriétés de rigidité en vrac de tissu neural afin de minimiser les micromouvements relative. En tant que tel, biocompatibles minces polymères tels que le polyimide et le parylène a été adopté en tant que substrats pour la microélectronique favorablestrode sondes 4-8. Un compromis de sondes souples est qu&#39;ils sont difficiles à insérer dans le tissu neural. Les chercheurs ont pris diverses approches pour faciliter l&#39;insertion de sondes souples tout en conservant les propriétés mécaniques souhaitables. Une classe de conceptions modifie la géométrie de la sonde de polymère pour augmenter la rigidité dans certaines sections ou des axes tout en maintenant le respect dans d&#39;autres régions. Ceci a été accompli en incorporant des nervures ou des couches d&#39;autres matériaux 9,10. Une autre approche intègre un canal 3-D dans la conception de la sonde de polymère qui est rempli d&#39;un matériau biodégradable 11. Cette sonde peut être rigidifiée temporairement, et après l&#39;insertion du matériau dans les dissout et s&#39;évacue par canal. Cependant, de tels procédés qui modifient en permanence la géométrie du dispositif final implanté peuvent compromettre certaines des caractéristiques souhaitables de la sonde flexible. Une méthode qui fait not modifier la géométrie de la sonde finale consiste à encapsuler le dispositif de polymère avec un matériau biodégradable pour rigidifier temporairement le dispositif 12-14. Toutefois, des matières biodégradables typiques ont des modules de Young des ordres de grandeur plus petite que celle du silicium et seraient par conséquent nécessiter plus grande épaisseur pour obtenir la même rigidité. Revêtement suffisamment la sonde peut entraîner une pointe plus arrondie ou brutale, faisant insertion plus difficile. En outre, puisque les revêtements solubles sont exposés, il existe un risque de les dissoudre immédiatement au contact, ou encore à proximité, avec le tissu. Une autre classe de méthodes utilise des matériaux de substrat roman de sondes qui permettent de réduire la rigidité après avoir été implanté dans le tissu. Ces matières comprennent des polymères à mémoire de forme 15 et un nanocomposite mécaniquement adaptatif 16. Ces matériaux sont capables de diminuer de façon significative dans le module élastique après l&#39;insertion, et peuvent donner lieu à des sondes qui CTMA plus étroitementh les propriétés mécaniques du tissu neural. Cependant, la gamme possible de rigidité est encore limitée, de sorte qu&#39;ils peuvent ne pas être en mesure de fournir très élevé, équivalent de la rigidité de fils de silicium ou de tungstène. Ainsi, dans le cas de sondes flexibles qui sont très longues (par exemple,&gt; 3 mm) ou qui ont une raideur très faible, un procédé de fixation temporaire d&#39;un raidisseur plus rigide peut encore être nécessaire. Encore un autre procédé prometteur rapporté consiste à revêtir une navette de raidissement avec une monocouche d&#39;auto-assemblage permanent (SAM) pour personnaliser l&#39;interaction de surface entre la navette et la sonde flexible 17. Une fois sec, la sonde adhère à la navette enduit électrostatique. Après l&#39;insertion, l&#39;eau migre sur la surface hydrophile, la séparation de la sonde à partir de la navette de sorte que la navette peut être extrait. extraction de navette à une réduction de déplacement de la sonde a été démontrée (85 um). Cependant, avec seulement des interactions électrostatiques de maintien de la sonde à til navette, il existe un risque de glissement sonde par rapport à la navette avant et pendant l&#39;insertion. Nous avons mis au point un procédé dans lequel la sonde flexible est fixé à un renfort avec un matériau adhésif temporaire biodissolvable qui tient solidement la sonde pendant l&#39;insertion. Les sondes utilisées étaient faites de polyimide, qui a un module d&#39;élasticité de l&#39;ordre de 4.2 GPa. Le raidisseur est fabriqué à partir de silicium, avec un module d&#39;élasticité de 200 GPa ~. Lorsqu&#39;il est fixé, la raideur du silicium domine, ce qui facilite l&#39;insertion. Une fois inséré dans le tissu, la matière adhésive se dissout et le raidisseur est extrait à restaurer la sonde à sa souplesse initiale. Nous avons choisi le polyéthylène glycol (PEG) comme le matériau adhésif biodissolvable. PEG a été utilisé dans des applications telles que les sondes implantées neuronaux, l&#39;ingénierie tissulaire, et l&#39;administration de médicaments 11,18,19. Certains éléments de preuve ont suggéré que le PEG peut atténuer la réponse neuro-inflammatoire dans le cerveautissus 18,20. Par rapport à d&#39;autres matériaux possibles, y compris le saccharose,-co lactique-glycolique de l&#39;acide poly (PLGA), et l&#39;alcool polyvinylique (PVA), le PEG a un temps de dissolution dans les liquides biologiques qui est d&#39;une dimension appropriée pour de nombreuses chirurgies d&#39;implants (de l&#39;ordre de dizaines de minutes, en fonction de la masse moléculaire). En outre, il est solide à température ambiante et liquide à des températures allant de 50 à 65 ° C. Cette propriété rend particulièrement adapté à notre processus d&#39;assemblage de précision. En outre, similaire à la SAM décrite dans 17, le PEG dissous est hydrophile, ce qui facilite l&#39;extraction du raidisseur. Cette approche avantageuse est activé par une nouvelle conception de raidisseur et processus d&#39;assemblage méthodique qui assurent la couverture de colle uniforme et un alignement précis et reproductible. En plus du procédé d&#39;assemblage, on présente le procédé de mise en oeuvre du raidisseur amovible au cours de la chirurgie, ainsi que d&#39;un procédé in vitro pour évaluer l&#39;extraction de la stiffener. Le protocole présenté ici suppose que l&#39;utilisateur possède une sonde de micro-électrodes de polymère flexible. La partie du protocole relatif de la fabrication de l&#39;armature et de l&#39;assemblage de cette sonde à un raidisseur suppose l&#39;accès à des outils communs trouvés dans une installation de microfabrication. Le protocole relatif à l&#39;insertion et l&#39;extraction serait probablement effectué dans un laboratoire orienté vers les neurosciences.

<table border="1">
		<tbody>
		 <tr>
			<td>Name of Reagent/Material</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Polyethylene glycol, 10,000 g/mol</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>309028</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Agarose</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A9539</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Flexible Sub-micron Die Bonder</td>
			<td>Finetech</td>
			<td>Fineplacer lambda</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Micromanipulator</td>
			<td>KOPF</td>
			<td>1760-61</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Digital Microscope</td>
			<td>Hirox</td>
			<td>KH-7700</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Dual Illumination Revolver Zoom Lens</td>
			<td>Hirox</td>
			<td>MXG-2500REZ</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Precision Motorized Actuator</td>
			<td>Newport</td>
			<td>LTA-HS</td>
			<td>w/ CONEX-CC controller</td>
		 </tr>
		</tbody>
 </table>

insertion of flexible neural probes using rigid stiffeners attached with biodissolvable adhesive

réseaux de microélectrodes pour les appareils d&#39;interface de neurones qui sont faits de polymère mince film biocompatible sont censés avoir prolongé la durée de vie fonctionnelle parce que le matériau flexible peut réduire la réponse des tissus négatifs causés par des micromouvements. Cependant, leur flexibilité les empêche d&#39;être inséré avec précision dans le tissu neural. Cet article montre une méthode pour fixer temporairement une sonde de micro-électrodes souples à l&#39;aide d&#39;un contrefort rigide biodissolvable polyéthylène glycol (PEG) pour faciliter précise, l&#39;insertion chirurgicale de la sonde. Une conception de raidisseur unique permet une distribution uniforme de l&#39;adhésif PEG sur la longueur de la sonde. Liaison flip-chip, un outil couramment utilisé en microélectronique emballage, permet un alignement précis et reproductible et fixation de la sonde sur le contrefort. La sonde et raidisseur sont implantés chirurgicalement ensemble, puis le PEG est autorisé à dissoudre afin que le raidisseur peut être extrait en laissant la sondeen place. Enfin, une méthode d&#39;essai in vitro est utilisé pour évaluer l&#39;extraction du raidisseur dans un modèle sur gel d&#39;agarose du tissu cérébral. Cette approche de l&#39;implantation s&#39;est avéré particulièrement avantageux pour les sondes plus flexibles (&gt; 3 mm). Il fournit également un procédé réalisable pour implanter des sondes double face flexibles. À ce jour, la technique a été utilisée pour obtenir diverses données in vivo d&#39;enregistrement à partir du cortex de rat.

Cette technique d&#39;insertion a été utilisé en conjonction avec LLNL sondes de polyimide à couche mince, qui sont passés à la norme ISO 10993 et ​​les normes de biocompatibilité sont destinés à une implantation chronique. Une sonde typique de polyimide film mince est illustré sur la figure 1 avec un raidisseur en silicium qui est d&#39;environ 10 mm de long dans la région étroite. Ce raidisseur possède un canal à effet de mèche s&#39;étendant le long de sa longueur, comme représen...

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Insertion of Flexible Neural Probes Using Rigid Stiffeners Attached with Biodissolvable Adhesive

L&#39;insertion de sondes de micro-électrodes neurales flexibles est activée par la fixation des sondes de renforts rigides avec du polyéthylène glycol (PEG). Un processus d&#39;assemblage unique assure uniforme et l&#39;attachement reproductible. Après insertion dans un tissu, le PEG se dissout et le raidisseur est extrait. Une méthode d&#39;essai in vitro évalue la technique en gel d&#39;agarose.

Insertion de flexible Neural sondes utilisant renforts rigides attachés avec Biodissolvable adhésif

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