Name: fabrication of high contact-density, flat-interface nerve electrodes for recording and stimulation applications
Uploaded: 2016-10-04T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of High Contact-Density, Flat-Interface Nerve Electrodes for Recording and Stimulation Applications at JoVE.com

עבודה זו מומנה על ידי הסוכנות לפרויקטי מחקר מתקדם הביטחון (DARPA) MTO בחסות ד&quot;ר ג&#39;ק ג&#39;ודי וד&quot;ר דאג ובר דרך מרכז מערכות לוחמה בחלל וחיל הים, פסיפיק גרנט / חוזה No.N66001-12-C-4173 . ברצוננו להודות תומאס אגרס על עזרתו בתהליך ייצור, ורונלד Triolo, מתיו Schiefer, Lee פישר ומקס Freeburg על תרומתם בפיתוח העיצוב השרוול עצב מרוכבים.

1. הכנת רכיבי אלקטרודה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף ארבעה מרכיבים אלקטרודה הדורשים דיוק לחתוך (בחיתוך לייזר שימש, עיין רשימת חומרים) לפני תהליך הייצור. רכיבים אלה הנם (איור 1): מגעים מסגרת מערך: מסגרת זו נעשית מתוך 125 מיקרומטר קטון...

<ol>
	<li>Naples, G. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+spiral+nerve+cuff+electrode+for+peripheral+nerve+stimulation.">A spiral nerve cuff electrode for peripheral nerve stimulation.</a> Biomed Eng, IEEE Tran. 10, 905-916 (1988).</li><li>Tyler, D. J., Durand, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functionally+selective+peripheral+nerve+stimulation+with+a+flat+interface+nerve+electrode.">Functionally selective peripheral nerve stimulation with a flat interface nerve electrode.</a> Neur Sys Rehab Eng., IEEE Trans. 10, 294-303 (2002).</li><li>Navarro, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+critical+review+of+interfaces+with+the+peripheral+nervous+system+for+the+control+of+neuroprostheses+and+hybrid+bionic+systems.">A critical review of interfaces with the peripheral nervous system for the control of neuroprostheses and hybrid bionic systems.</a> J Perip Ner Sys. 10, 229-258 (2005).</li><li>Avery, R. E., Wepsic, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implantable+nerve+stimulation+electrode.">Implantable nerve stimulation electrode.</a> U.S. Patent. , (1973).</li><li>Avery, R. E., Wepsic, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implantable+electrodes+for+the+stimulation+of+the+sciatic+nerve.">Implantable electrodes for the stimulation of the sciatic nerve.</a> U.S. Patent. , (1973).</li><li>Hagfors, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implantable+electrode.">Implantable electrode.</a> U.S. Patent. , (1972).</li><li>Haugland, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+flexible+method+for+fabrication+of+nerve+cuff+electrodes.">A flexible method for fabrication of nerve cuff electrodes.</a> Eng Med Bio Soc. 1, 359-360 (1996).</li><li>Stein, R. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stable+long-term+recordings+from+cat+peripheral+nerves.">Stable long-term recordings from cat peripheral nerves.</a> Brain Res. 128, 21-38 (1977).</li><li>Julien, C., Rossignol, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroneurographic+recordings+with+polymer+cuff+electrodes+in+paralyzed+cats.">Electroneurographic recordings with polymer cuff electrodes in paralyzed cats.</a> J N Sci Meth. 5, 267-272 (1982).</li><li>Van der Puije, P. D., Shelley, R., Loeb, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+self-spiraling+thin-film+nerve+cuff+electrode.">A self-spiraling thin-film nerve cuff electrode.</a> Can Med Bio Eng Conf. , 186-187 (1993).</li><li>Hoffer, J. A., Loeb, G. E., Pratt, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+unit+conduction+velocities+from+averaged+nerve+cuff+electrode+recording+in+freely+moving+cats.">Single unit conduction velocities from averaged nerve cuff electrode recording in freely moving cats.</a> J N Sci Meth. 4, 211-225 (1981).</li><li>Loeb, G. E., Peck, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cuff+electrodes+for+chronic+stimulation+and+recording+of+peripheral+nerve+activity.">Cuff electrodes for chronic stimulation and recording of peripheral nerve activity.</a> J N Sci Meth. 64, 95-103 (1996).</li><li>Wodlinger, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Extracting Command Signals from Peripheral Nerve Recordings. , (2011).</li><li>Rozman, J., Zorko, B., Bunc, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+recording+of+electroneurograms+from+the+sciatic+nerve+of+a+dog+with+multi-electrode+spiral+cuffs.">Selective recording of electroneurograms from the sciatic nerve of a dog with multi-electrode spiral cuffs.</a> Jap J Phy. 50, 509-514 (2000).</li><li>Ducker, T. B., Hayes, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+improvements+in+the+use+of+elastic+cuff+for+peripheral+nerve+repair.">Experimental improvements in the use of elastic cuff for peripheral nerve repair.</a> J N Sur. 28, 582-587 (1968).</li><li>Tan, D. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+neural+interface+provides+long-term+stable+natural+touch+perception.">A neural interface provides long-term stable natural touch perception.</a> S T Med. 6, (2014).</li><li>Branner, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+stimulation+and+recording+with+a+penetrating+microelectrode+array+in+cat+sciatic+nerve.">Long-term stimulation and recording with a penetrating microelectrode array in cat sciatic nerve.</a> Bio Med Eng, IEEE Trans. 1, 146-157 (2004).</li><li>Micera, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decoding+information+from+neural+signals+recorded+using+intraneural+electrodes:+toward+the+development+of+a+neurocontrolled+hand+prosthesis.">Decoding information from neural signals recorded using intraneural electrodes: toward the development of a neurocontrolled hand prosthesis.</a> P IEEE. 98, 407-417 (2010).</li><li>Kozai, T. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasmall+implantable+composite+microelectrodes+with+bioactive+surfaces+for+chronic+neural+interfaces.">Ultrasmall implantable composite microelectrodes with bioactive surfaces for chronic neural interfaces.</a> N Mat. 11, 1065-1073 (2012).</li><li>Sinha, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Charged+by+GSK+investment,+battery+of+electroceuticals+advance.">Charged by GSK investment, battery of electroceuticals advance.</a> Nat Med. 19, 654-654 (2013).</li><li>Tyler, D. J., Durand, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+response+of+the+rat+sciatic+nerve+to+the+flat+interface+nerve+electrode.">Chronic response of the rat sciatic nerve to the flat interface nerve electrode.</a> A Biom Eng. 31, 633-642 (2003).</li><li>Schiefer, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+stimulation+of+the+human+femoral+nerve+with+a+flat+interface+nerve+electrode.">Selective stimulation of the human femoral nerve with a flat interface nerve electrode.</a> J N Eng. 7, 026006 (2010).</li><li>Edell, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+peripheral+nerve+information+transducer+for+amputees:+long-term+multichannel+recordings+from+rabbit+peripheral+nerves.">A peripheral nerve information transducer for amputees: long-term multichannel recordings from rabbit peripheral nerves.</a> Bio med Eng, IEEE Trans. 2, 203-214 (1986).</li><li>Schuettler, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+implantable+microelectrode+arrays+by+laser+cutting+of+silicone+rubber+and+platinum+foil.">Fabrication of implantable microelectrode arrays by laser cutting of silicone rubber and platinum foil.</a> J N Eng. 2, 121 (2005).</li><li>Pudenz, R. H., Bullara, L. A., Talalla, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+stimulation+of+the+brain.+I.+Electrodes+and+electrode+arrays.">Electrical stimulation of the brain. I. Electrodes and electrode arrays.</a> S Neur. 4, 37-42 (1975).</li><li>Craggs, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The cortical control of limb prostheses. , 21-27 (1974).</li><li>Struijk, J. J., Thomsen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tripolar+nerve+cuff+recording:+stimulus+artifact,+EMG+and+the+recorded+nerve+signal.">Tripolar nerve cuff recording: stimulus artifact, EMG and the recorded nerve signal.</a> Eng in Med Bio Soc. 2, 1105-1106 (1995).</li><li>Sadeghlo, B., Yoo, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+electrode+design+for+peripheral+nerve+recording.">Enhanced electrode design for peripheral nerve recording.</a> N Eng, Int IEEE/EMBS Conf. , 1453-1456 (2013).</li><li>Yoo, P. B., Sahin, M., Durand, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+stimulation+of+the+canine+hypoglossal+nerve+using+a+multi-contact+cuff+electrode.">Selective stimulation of the canine hypoglossal nerve using a multi-contact cuff electrode.</a> Ann Bio Med Eng. 32, 511-519 (2004).</li><li>Rydevik, B., Lundborg, G., Bagge, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+graded+compression+on+intraneural+blood+flow:+An+in+vivo+study+on+rabbit+tibial+nerve.">Effects of graded compression on intraneural blood flow: An in vivo study on rabbit tibial nerve.</a> J hand Surg. 6, 3-12 (1981).</li><li>Ogata, K., Naito, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blood+flow+of+peripheral+nerve+effects+of+dissection,+stretching+and+compression.">Blood flow of peripheral nerve effects of dissection, stretching and compression.</a> J Hand Sur. 11, 10-14 (1986).</li><li>Boretius, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+transverse+intrafascicular+multichannel+electrode+(TIME)+to+interface+with+the+peripheral+nerve.">A transverse intrafascicular multichannel electrode (TIME) to interface with the peripheral nerve.</a> Bio Sen and Bio Elec. 26, 62-69 (2010).</li><li>Stieglitz, T., Schuettler, M., Meyer, J. U., Micromachined, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=polyimide-based+devices+for+flexible+neural+interfaces.">polyimide-based devices for flexible neural interfaces.</a> Bio Med Micro Dev. 2, 283-294 (2000).</li></ol>

שיטת הייצור המתוארת במאמר זה, יש תנועות זריזות גלם על מנת להבטיח את האיכות של השרוול הסופי. מגעי ההקלטה יש להציב בדיוק באמצע של שתי אלקטרודות ההתייחסות. מיקום זה הוכח להפחית הפרעות באופן משמעותי סביב שרירי פעילות חשמלית 27. כל חוסר איזון את המיקום היחסי של הקשר ב?...

התממשקות עם מערכת העצבים ההיקפית (PNS) מספקת גישה לאותות עצביים פקודת פערים מעובדים כשהם נוסעים למבנים שונים בתוך הגוף. אותות אלה מופקים על ידי אקסונים ותחומת fascicles ומוקף תאי perineurium-מפרקים בחוזקה. סדר הגודל של הפוטנציאלים למדידת הנובעות הפעילויות העצביות מושפע העכבה של השכבות השונות בתוך העצב כגון שכבת perineurium resistive ביותר המקיפה את fascicles. כתוצאה מכך, שתי גישות ממשק נחקרו בהתאם למיקום ההקלטה ביחס לשכבת perineurium, כלומר גישות intrafascicular ו extrafascicular. גישות אינטרה-fascicular למקם את האלקטרודות בתוך fascicles. דוגמאות של גישות אלה הן במערך היוטה 17, אלקטרודה האורך Intra-fascicular (LIFE) 18, ואת אלקטרודה רבה הרוחבית תוך fascicular (TIME) 32. Tטכניקות hese יכול להקליט באופן סלקטיבי מן העצב אבל לא הוכחו לשמור על פונקציונליות באופן מהימן עבור תקופות זמן ארוכות in vivo, סביר בשל גודלו ואת הציות של האלקטרודה 12. גישות Extra-fascicular למקם את המגעים סביב העצב. האלקטרודות השרוול בשימוש בגישות אלה לא מתפשרים על perineurium ולא epineurium הוכחו להיות הן אמצעי בטוח ויציב של ההקלטה ממערכת העצבים ההיקפית 12. עם זאת, גישות חוץ fascicular חסרות את היכולת למדוד את הפעילות יחידה אחת - לעומת עיצובי תוך fascicular. יישומי Neuroprosthetic לנצל אלקטרודות שרוול עצבות כוללים הפעלה של הגפה התחתונה, שלפוחית שתן, סרעפת, לטיפול בכאב כרוני, בלוק של הולכה עצבית, משוב תחושתי, ו electroneurograms הקלטת 1. יישומים אפשריים לנצל התממשקות עצבים היקפיים כוללים מנוחהאורינג תנועה לנפגעי שיתוק עם גירוי חשמלי פונקציונלי, הקלטת פעילות הנוירון מוטורית מעצבים שיורית לשלוט תותבות גפיים מופעלות קטועי גפיים, התממשקות עם מערכת העצבים האוטונומית לספק תרופות ביו-האלקטרונית 20. יישום עיצוב של האלקטרודה השרוול הוא האלקטרודה העצב שטוח הממשק (FINE) 21. עיצוב זה מעצב מחדש את העצב לתוך קטע שטוח צלב עם היקף גדול יותר לעומת צורה עגולה. היתרונות של העיצוב הזה גדלו מספר אנשי קשר שניתן להציב על העצב, ואת הקרבה של המגעים עם fascicles הפנימי החלפת הסדר להקלטת גירוי סלקטיבי. יתר על כן, עצבי גפיים עליונים ותחתונים בחיות גדולות אדם יכולים ללבוש צורות שונות ואת העיצוב מחדש שנוצר על ידי הקנס לא לעוות את הגיאומטריה הטבעית של העצב. ניסויים שנעשו לאחרונה הראו כי FINE מסוגלת להשיב תחושה<html> הגפה העליונה 16 ותנועת שחזור של הגפה התחתונה 22 עם גירוי חשמלי פונקציונלי בבני אדם. המבנה הבסיסי של אלקטרודה שרוול מורכב צבת מגעי מתכת כמה על פני השטח של קטע עצב, ולאחר מכן בידוד המגעים הללו יחד עם קטע העצב בתוך שרוול מוליך. כדי להשיג המבנה הבסיסי הזה, כמה עיצובים הוצעו במחקרים קודמים כוללים: (1) קשר מתכת מוטבע לתוך רשת דקרון. הרשת עטופה אז סביב העצב ואת צורת שרוול וכתוצאה כדלקמן הגיאומטריה העצבה 4, 5. (2) עיצובי פיצול צילינדרים המשתמשים צילינדרים מראש בצורה נוקשות שאינם מוליכים לתקן את המגעים סביב העצב. מגזר העצב שמקבל שרוול זה עצב מחדש לתוך הגיאומטריה הפנימית של השרוול 6 - 8. = &quot;jove_content&quot;&gt; (3) עצמי התפתלות עיצובים אם במגעים מוקפים בין שתי שכבות בידוד. השכבה הפנימית התמזגה תוך נמתח עם שכבה בלתי נמתח חיצונית. עם אורכי מנוחה טבעית שונים עבור שתי ההשכבות המלוכדות גורם המבנה הסופי כדי ליצור ספירלה גמישה כי כרוך את עצמו סביב העצב. החומר משמש שכבות אלה בדרך כלל תוכל polyimide פוליאתילן 9 10, ו גומי סיליקון 1. (4) מגזרים מבודדים של החוטים להוביל העומדים כנגד החוצפה לשמש המגעים האלקטרודה. מוביל אלה ארוגים או לתוך צינורות סיליקון 11 או יצוק בבלונים סיליקון קיננו 12. עיקרון דומה שמש לבנות קנסות על ידי סידור פיוזינג וולט גבוה ונמוך כדי ליצור מערך, ולאחר מכן פתח את חומר הבידוד נעשה על ידי הפשטת קטע קטן עד אמצע החוטים התחברו אלה 13. תחת עיצובים אלוume חתך עצב עגול להתאים הזאת הניח גיאומטריה עצבה. (5) גמיש polyimide מבוסס אלקטרודות 33 עם אנשי הקשר נוצר על ידי micromachining מבנה polyimide, ולאחר מכן להשתלב יריעות סיליקון נמתח כדי ליצור וחפתים התפתלות עצמית. עיצוב זה גם הנחה של חתך עצב עגול. אלקטרודות קאף צריכות להיות גמישות עצמי אומד על מנת למנוע מתיחות דחיסת העצב שיכול לגרום עצב ניזק 3. בחלק מהמנגנונים הידועים שבאמצעותו אלקטרודות שרוול יכולות לגרום תופעות אלה הם השידור של כוחות משרירים סמוכים השרוול ומכאן אל העצב, חוסר התאמה בין השרוול של התכונות המכאניות של העצב, והמתח המופרז המוביל של השרוול. בעיות בטיחות אלו מובילים קבוצה מסוימת של אילוצי תכנון על גמישות מכנית, תצורה גיאומטרית, וגודל 1. קריטריונים אלה הם בעיקר challenging במקרה של קנס ספירת קשר גבוה בגלל השרוול חייב להיות באותו הנוקשה הזמן בכיוון הרוחבי כדי לעצב מחדש את העצב וגמיש בכיוון האורך כדי למנוע ניזק וכן אדיב קשר מרובה. עצמי אומד עיצובי ספירלה יכול להכיל מספר אנשי קשר לאזוק 14, אבל השרוול המתקבל הוא מעט נוקשה. עיצוב polyimide גמיש יכול להכיל מספר גבוה של אנשי קשר אבל נוטה delamination. עיצוב מערך חוט 13 מייצר קנס של חתך שטוח, אך על מנת לשמור על גיאומטריה זה החוטים הם התמזגו יחד לאורכו של השרוול לייצר פרצופים נוקשים קצוות חדים עושים אז מתאים שתלים לטווח ארוכים. טכניקת הייצור המתוארת במאמר זה מייצרת קנס צפיפות קשר גבוה עם מבנה גמיש שניתן בעבודת יד עם דיוק גבוה באופן עקבי. היא משתמשת פולימר נוקשה (קיטון אתר polyether (פיק)) כדי לאפשר p המדויקlacement של המגעים. מגזר הצצה שומר חתך שטוח במרכז האלקטרודה תוך שמירה גמישה בכיוון האורך לאורך העצב. עיצוב זה גם מקטין את עובי וקשיחות הכולל של השרוול היות והגוף אלקטרודה לא חייב להיות נוקשה על מנת לשטח את העצב או לאבטח את המגעים.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="966">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Platinum-Iridium foil</td>
			<td style="width:223px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:279px;">41802</td>
			<td style="width:225px;">90%Platinum Iridium&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">DFT wires</td>
			<td style="width:223px;">Fort Wayne Metals</td>
			<td style="width:279px;">35N LT-DFT-28%Ag</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:241px;">Lead connector</td>
			<td style="width:223px;">Omnetics Connector Corporation</td>
			<td style="width:279px;">MCS-27-SS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Silicone sheet</td>
			<td style="width:223px;">Speciality Silicon Fabricator</td>
			<td style="width:279px;">0.005&#34;x12&#34;x12&#34; Silicone Sheet</td>
			<td>High durometer, vulcanized&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:241px;">Polyether ether ketone (PEEK) sheet</td>
			<td style="width:223px;">Peek-Optima</td>
			<td style="width:279px;">0.005 sheet LT3 grade</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">polyester stabelizing mesh</td>
			<td style="width:223px;">Surgicalmesh</td>
			<td style="width:279px;">PETKM2002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:241px;">Silicon tubing (0.04&#34; I.D. 0.085&#34; O.D.)</td>
			<td style="width:223px;">Silcon Medical/NewAge Industries.</td>
			<td style="width:279px;">2810458</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:241px;">Outer shielding layer</td>
			<td style="width:223px;">Alfa Aesar, A Johnson Matthey</td>
			<td style="width:279px;">MFCD00003436 (11391)</td>
			<td>Gold foil, 0.004&#34; thick</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Transparency sheet</td>
			<td style="width:223px;">APOLLO</td>
			<td style="width:279px;">APOCG7060</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ultrasonic bath cleaner</td>
			<td style="width:223px;">Terra Universal</td>
			<td style="width:279px;">2603-00A-220</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Isotemp standard lab oven</td>
			<td style="width:223px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:279px;">13247637G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Optical microscope</td>
			<td style="width:223px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:279px;">15-000-101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Tweezers</td>
			<td style="width:223px;">Technik</td>
			<td style="width:279px;">18049USA (2A-SA)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Surgical blade handles</td>
			<td style="width:223px;">Aspen Surgical Products</td>
			<td style="width:279px;">371031</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Base frame&#160;</td>
			<td style="width:223px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:279px;">9785K411</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Support beam</td>
			<td style="width:223px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:279px;">9524K359</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Two parts silicone</td>
			<td style="width:223px;">Nusil</td>
			<td style="width:279px;">MED 4765</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Soldering Flux</td>
			<td style="width:223px;">SRA Soldering Products</td>
			<td style="width:279px;">FLS71</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Tape</td>
			<td style="width:223px;">3M Healthcare</td>
			<td style="width:279px;">1535-0 (SKUMMM15350H)</td>
			<td>Paper, hypoallergenic surgical tape</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:241px;">Spot welding machine</td>
			<td style="width:223px;">Unitek</td>
			<td style="width:279px;">125 Power Supply with 101F Welding Head</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Laser cutting platform</td>
			<td style="width:223px;">Universal Laser Systems</td>
			<td style="width:279px;">PLS6.150D</td>
			<td>150 watts laser</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of high contact-density, flat-interface nerve electrodes for recording and stimulation applications

ניסיונות רבים נעשו כדי לייצר אלקטרודות שרוול עצב רב-מגע כי הם בטוחים, חזקים ואמינים ליישומי neuroprosthetic לטווח ארוך. פרוטוקול זה מתאר טכניקת ייצור של אלקטרודה שרוול עצבה גלילי שונה כדי לעמוד בקריטריונים האלה. עיצוב וייצור מינימום בעזרת מחשב (CAD ו- CAM) מיומנויות נחוצות כדי לייצר אזיקים עקביים עם דיוק גבוה (מיקום מגע 0.51 ± 0.04 מ&quot;מ) וגדל שרוול שונים. הדיוק בהפצת המגעים מרחבית ויכל לשמור על גיאומטריה מוגדרת מראש מושלמת עם העיצוב הזה הוא שני קריטריונים חיוניים כדי לייעל את הממשק של השרוול להקלטת גירוי סלקטיבי. העיצוב הציג גם מגביר את הגמישות בכיוון האורך תוך שמירה קשיחות מספיק בכיוון הרוחבי כדי לעצב מחדש את העצבים על ידי שימוש בחומרים עם גמישויות שונות. הרחבת החתך של השרוולאזור כתוצאה להגביר את הלחץ בתוך השרוול נצפה להיות 25% ב 67 מ&quot;מ כספי. בדיקה זו מדגימה את הגמישות של השרוול ואת תגובתה עצב נפיחות-שתל פוסט. היציבות של אנשי הקשר &#39;איכות ממשק ההקלטה נבדקה גם עם אנשי קשר&#39; עכבת אות לרעש מדדי יחס מתוך שרוול מושתל כרוני (7.5 חודשים), וצופה להיות 2.55 ± 0.25 קילו-אוהם ו 5.10 ± 0.81 dB בהתאמה.

הקלטת פעילות עצבית בוצע עם מגבר-מראש אישית באמצעות מגבר מכשור קלט סופר-β (700 רץ - רוחב פס 7 קילוהרץ ורווח כולל של 2,000). דוגמא של האלקטרודה FINE מפוברקת עם הפרוטוקול המובא מוצגת באיור 3. השתלת הקנס סביב העצב נעשה על ידי תפירת שני קצוות בחינם יחד. הפגנה של גמישות של הש...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of High Contact-Density, Flat-Interface Nerve Electrodes for Recording and Stimulation Applications at JoVE.com

Fabrication of High Contact-Density, Flat-Interface Nerve Electrodes for Recording and Stimulation Applications

מאמר זה מספק תיאור מפורט על תהליך הייצור של אלקטרודה עצב ממשק שטוח קשר בצפיפות גבוהה (FINE). אלקטרודה זה ממוטב עבור הקלטת מגרת פעילות עצבית באופן סלקטיבי בתוך עצבים היקפיים.

המצאה של צפיפות לתקשר גבוהה, אלקטרודות עצב שטוח ממשק עבור יישומי הקלטת הגירוי

Many attempts have been made to manufacture multi-contact nerve cuff electrodes that are safe, robust and reliable for long term neuroprosthetic ...

The overall goal of this protocol is to fabricate flat-interface cuff electrodes to use in neural interface applications. The use of flat-interface cuff electrodes can help solve problems in the field of neuroprosthetics, such as how to record the intent to move a limb from the nerves. Even though the cuff electrodes have submillimeter features, they can still be made by hand reliably.And the design is flexible. It can be easily customized to many different neural interface applications. Start with a CAD software to produce a true scale diagram of the electrode.This diagram will determine the dimensions of the electrode and the placement sites of the various electrode components. Similarly, create an additional CAD file of the contacts and electrode components, in order for them to be produced using laser cutting machinery. In preparation, place the center contacts under the microscope and bond them to the lead using a spot welder.Hold down the contact to make an initial bend at an approximately 45 degree angle, and then fold it around the contact's frame. Alternate the contact leads on each side of the array frame. Next, place a transparency sheet over the guiding diagram and tape it to the baseplate.Now, to start the build, cut a five cm square piece out from a five mil thick silicon sheet. Place it on the baseplate without trapping air bubbles. Then, prepare two grams of uncured silicon and de-gas it in a vacuum chamber for three minutes.Release and reapply the vacuum periodically so trapped air can escape. Now, apply a thin line of uncured silicon at the locations of the spacer segments according to the guide. Then, adhere the prepared spacer components onto their designated regions by pressing them onto the silicon sheet.Now, place the silicon in a preheated 130 degree Celsius isotemp oven for 30 minutes followed by cooling for 10 minutes. Now, place the reference contacts in their designated locations, with the weld points up and the contact leads routed towards the midline of the cuff to exit at the far end. After ensuring correct positioning, press the contacts down onto the silicon layer and deposit uncured silicon into the thru holes.Next, temporarily secure the leads with tape, and cure the silicon at 130 degrees Celsius for 90 minutes, or overnight at room temperature. Once the reference contacts are secured with silicon, use the same technique to attach the center contact array. Importantly, the center contacts must be placed precisely to get a high-quality recording.Proper routing of the leads to the designated exit sites is also critical. Cut a one cm by five cm transparency sheet, and use it to cover the center contact arrays. Then tape it down to the baseplate.Place the small fixture bar across the center of the electrode and clamp it down to the baseplate to secure the middle contacts in place while the silicon cures. Once cured, removed the small fixture bar. Then, remove all the tape securing the leads for the references and metal contacts, and gently remove the transparent sheet to expose the metal contact arrays.Now, cut a square piece of transparency that has the same width as the electrode and is five cm in length. Then, cut a square piece of silicon sheet that can cover the entire electrode surface. Now, lay this silicon over the piece of transparency, and stretch it flat to remove any irregularities and to prevent air bubbles from being trapped.Next, cut four pieces of silicon tubing, each five cm long, and place them at the exit sites following the diagram. Leave a two mm gap between the edge of the electrode and the tube. While holding down each pair of tubes with tweezers, tape down the tubes starting at one mm away from the tube end.Now, arrange the leads of the middle contacts and the references into bundles. Then, pass them through the corresponding tube near the exit sites. Do this for all the tubes.Next, from a vacuumed mixing container, or a syringe, slowly deposit a generous amount of uncured silicon over the entire electrode body. Now, place the silicon and transparency structure onto the uncured silicon. Align the transparency piece with the electrode while keeping the silicon sheet adhered to it.Then, tape down the transparency and apply light pressure to remove any trapped air bubbles. Finally, place the large fixture bar across the center of the electrode and over the transparency segment. Then clamp it down to the baseplate with moderate pressure and fully cure the silicon.To add a shielding layer, remove the large fixture bar, and remove the transparency piece with tweezers. Then place the shielding sheet in the center of each face of the electrode, and gently press it into the electrode. Then deposit some uncured silicon into the thru holes and partially cure it for 30 minutes at 130 degrees Celsius.Once cooled to room temperature, place adhesive tape over the outer ends of the electrode and over the closing flanges to keep silicon out of these segments. Then, repeat the process of adding a layer of silicon to cover the entire electrode body. Follow this by placing silicon and transparency sheets over the electrode, and then secure them with a large fixture bar and cure the silicon.After curing, to complete the process, remove the excess silicon and the tape. Then, cut windows through the silicon to expose the spacer segments, and use tweezers to remove the spacer segments. Next, under a microscope, remove the tape and silicon over the tubes until it is level with the electrode body.Then, carefully cut around the perimeter of the electrode down to the baseplate. Now, taking caution to not damage the electrode, follow the guide diagram to shape the lead's exit sites. Cut out a triangle between each tube pair that goes completely through the electrode layers and onto the outer side.Now, cut windows into the silicon that covers the shielding layer. Then, glide the polypropylene suture between the electrode base and the adjacent transparent layer and use it to delaminate the nearly finished cuff electrode. Finally, cut windows out of the silicon to expose the center contacts and reference contacts.The fabricated FINE electrode was used to record the activity of the sciatic nerve in a dog over 7.5 months. A customized pre-amplifier and a super-beta input instrumentation amplifier were implemented. The electrode was implanted around the nerve by suturing the two free edges together.The cuff flattens the nerve while retaining flexibility in the longitudinal direction. The electrode response to increasing pressure levels inside the cuff was measured. At the diastolic pressure level of 67 mm mercury, the cuff was expanded to 1.25 its initial cross-section area.This expansion can be employed to compensate for nerve swelling after the implant procedure. Several parameters were periodically measured during the chronic implant duration. Signal to noise stayed steady for the entire 7.5 months.Contact impedance, measured at 1 kHz, also remained stable. Finally, there were never more than two inactive contacts which were observed to have occurred due to bad connections across the animal's skin. After watching this video, you should have a good understanding of how to fabricate similar multi-channel nerve electrodes, and be able to adjust the design to meet your end application requirements.The use of these electrodes has paved the way for researchers in the field of neuroprosthetics to record voluntary signals from nerves.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

High Sensitivity 5-hydroxymethylcytosine Detection in Balb/C Brain Tissue

רגישות גבוהה 5-hydroxymethylcytosine איתור ברקמה Balb / C המוח

DNA hydroxymethylation is a long known modification of DNA, but has recently become a focus in epigenetic research.   Mammalian DNA is enzymatically ...

Surgical Implantation of Chronic Neural Electrodes for Recording Single Unit Activity and Electrocorticographic Signals

השרשה כירורגית של אלקטרודות עצביות כרוניות להקלטת פעילות יחידה אחת אותות Electrocorticographic

The success of long-term electrophysiological recordings often depends on the quality of the implantation surgery.  Here we provide useful information for ...

A Method for Systematic Electrochemical and Electrophysiological Evaluation of Neural Recording Electrodes

שיטה לאלקטרוכימי שיטתי ואלקטרו הערכה של אלקטרודות הקלטה עצביות

New materials and designs for neural implants are typically tested separately, with a demonstration of performance but without reference to other implant ...

Optogenetic Stimulation of the Auditory Nerve

גירוי optogenetic של עצב השמיעה

Direct electrical stimulation of spiral ganglion neurons (SGNs) by cochlear implants (CIs) enables open speech comprehension in the majority of implanted ...

Assessment of Neuromuscular Function Using Percutaneous Electrical Nerve Stimulation

הערכה של תפקוד העצבי באמצעות גירוי עצבי חשמלי Percutaneous

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, ...

Fabrication of Fine Electrodes on the Tip of Hypodermic Needle Using Photoresist Spray Coating and Flexible Photomask for Biomedical Applications

ייצור של אלקטרודות בסדר על הקצה של מחט Hypodermic באמצעות תרסיס Photoresist ציפוי גמיש Photomask ביו יישומים

We have introduced a fabrication method for electrical impedance spectroscopy (EIS)-on-a-needle (EoN: EIS-on-a-needle) to locate target tissues in the ...

Chronic Transcranial Electrical Stimulation and Intracortical Recording in Rats

גירוי חשמלי טראנס כרונית והקלטה Intracortical בחולדות

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a ...

Ethanol-Induced Cervical Sympathetic Ganglion Block Applications for Promoting Canine Inferior Alveolar Nerve Regeneration Using an Artificial Nerve

אתנול-Induced את צוואר הרחם גנגליון סימפטי לחסום יישומים לקידום התחדשות הכלבי עצב מכתשי נחות באמצעות עצב מלאכותי

Polyglycolic acid collagen (PGA-C) tubes are bio-absorbable nerve tubes filled with collagen of multi-chamber structure, which consist of thin collagen ...

Preparation of Peripheral Nerve Stimulation Electrodes for Chronic Implantation in Rats

הכנת אלקטרודות גירוי עצבי היקפי להשתלה כרונית בחולדות

Peripheral nerve cuff electrodes have long been used in the neurosciences and related fields for stimulation of, for example, vagus or sciatic nerves. ...

Combined Peripheral Nerve Stimulation and Controllable Pulse Parameter TMS

Combined Peripheral Nerve Stimulation and Controllable Pulse Parameter Transcranial Magnetic Stimulation to Probe Sensorimotor Control and Learning

Author Spotlight: Combined Peripheral Nerve Stimulation and Controllable Pulse Parameter Transcranial Magnetic Stimulation to Probe Sensorimotor Control and Learning  

גירוי עצבי היקפי משולב ופרמטר דופק נשלט גירוי מגנטי תוך גולגולתי לבדיקת בקרה סנסומוטורית ולמידה

Skilled motor ability depends on efficiently integrating sensory afference into the appropriate motor commands. Afferent inhibition provides a valuable ...