Name: insertion of flexible neural probes using rigid stiffeners attached with biodissolvable adhesive
Uploaded: 2013-09-27T13:00:00
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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.

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 &quot;absorção&quot; do canal em execução ao longo de seu ...

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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 (&gt; 3 mm). ...

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,&gt; 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.

<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

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 (&gt; 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.

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</s...

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

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.

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