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

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 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.}

<p class= "jove_content"> (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.