Изготовление High-Density Контакт, с плоским Интерфейс Нервные электроды для записи и стимуляция приложений

Сопряжение с периферической нервной системы (ПНС) обеспечивает доступ к высоко обработанных нейросигналы команд, как они путешествуют в различные структуры внутри тела. Эти сигналы генерируются аксонов заключены в брошюрах и окружены плотно сочлененных периневрий клеток. Величина измеряемых потенциалов вследствие нейронной деятельности зависит от импеданса различных слоев внутри нерва, такие как высокоомной периневрий слой, который окружает Пучки. Следовательно, существуют два подхода интерфейса были изучены в зависимости от местоположения записи относительно периневрий слоя, а именно intrafascicular и extrafascicular подходов. Intra-фасцикулярные подходы поместить электроды внутри Пучки. Примерами таких подходов являются массив Utah ^17, Продольная Intra-пучковой электрода (LIFE) ^18, а поперечная внутриотраслевой пучковой многоканальная электрод (TIME) ^32. THESE методы могут записывать выборочно от нерва , но не было показано , надежно сохраняют функциональность в течение длительных периодов времени в естественных условиях, вероятно из – за размера и соответствия электрода ^12.

Экстра-фасцикулярные подходы разместить контакты вокруг нерва. Манжета электроды , используемые в этих подходах не ставят под угрозу периневрий ни эпиневрии и было показано , что быть как безопасные и эффективные средства записи из периферической нервной системы ^12. Тем не менее, дополнительные-пучковой подходы не имеют возможности измерить единый блок активности – по сравнению с интра-пучковой конструкций. Нейропротезирование приложений , которые используют нервные манжета электроды включают в себя активацию нижних конечностей, мочевого пузыря, диафрагма, лечение хронической боли, блок нервной проводимости, сенсорной обратной связи, и запись electroneurograms ^1. Потенциальные приложения для использования периферических нервов стыковку включают отдыхORing движение жертвам паралича с функциональной электрической стимуляции, записи нейронов двигательной активности от остаточных нервов управлять механизированных протезов конечностей в ампутированных, и взаимодействие с вегетативной нервной системой , чтобы поставить био-электронные лекарства ^20.

Реализация дизайн манжеты электрода представляет собой плоский интерфейс нерва электрода (FINE) ^21. Такая конструкция перекраивает нерв в плоской сечения с большей окружности по сравнению с круглой формой. Преимущества такой конструкции увеличивается количество контактов, которые могут быть размещены на нерв, и непосредственная близость контактов с перестроенных внутренних пучках для селективной записи и стимуляции. Кроме того, нервы верхних и нижних конечностей у крупных животных и человека может принимать различные формы и изменение формы, порожденный FINE не искажает естественную геометрию нерва. Недавние исследования показали, что FINE способен восстановить ощущения вверхней конечности ¹⁶ и восстановление движения в нижней конечности ²² с функциональной электрической стимуляции в организме человека.

Базовая структура манжетой электрода состоит из размещения нескольких металлических контактов на поверхности сегмента нерва, а затем изолирующие эти контакты вместе с отрезком нерва в пределах непроводящей манжеты. Для достижения этой базовой структуры, несколько конструкций были предложены в предыдущих исследованиях в том числе:

(1) Металлические контакты встроены в сетку лавсановой. Сетка затем оборачивают вокруг нерва и полученный манжет форма следует за геометрию нерва ^{4, 5.}

(2) Сплит-цилиндровые конструкции , которые используют предварительно сформированными жесткие и непроводящих цилиндры зафиксировать контакты вокруг нерва. Сегмент нерва , который принимает эту манжета реорганизован во внутреннюю геометрию манжете в ^{6 – 8.}

<p class= "jove_content"> (3) Self-смотки конструкции , где контакты , заключенной между двумя слоями изоляции. Внутренний слой сливают в то время как растягивается с внешним ун растянутой слоя. С различной длины естественного отдыха в течение двух склеенных слоев приводит к конечной структуры, чтобы образовать гибкую спираль, которая закручивается вокруг нерва. Материал , используемый для этих слоев , как правило , был полиэтилен ⁹ полиимида ^10, и силиконовая резина ^1.

(4) неизолированные отрезки проводов , расположенных против нерва , чтобы служить в качестве электродных контактов. Эти провода либо вплетены в силиконовой трубки ¹¹ или формуют в силиконовых вложенными цилиндров ^12. Аналогичный принцип был использован для построения Штрафы путем размещения и сплавления изолированных проводов , чтобы сформировать массив, а затем отверстие через изоляцию производится путем зачистки небольшой отрезок через середину этих соединенных проводов ^13. Эти конструкции задницуумэ круглое поперечное сечение нерва и соответствовать этой предполагаемой геометрии нерва.

(5) на основе гибкой полиимидной электроды ³³ с контактами , образованных микротокарная структуру многоимида, а затем интегрировать в растянутые силиконовых листов для формирования самостоятельной навивки манжетами. Эта конструкция также предполагает круглое поперечное сечение нерва.

Манжета электроды должны быть гибкими и самостоятельно проклейки, чтобы избежать растяжения и сжатия нерва , который может вызвать повреждение нерва ^3. Некоторые из известных механизмов, с помощью которых манжета электроды могут индуцировать эти эффекты являются передача сил от соседних мышц к манжете и, следовательно, к нерву, несоответствие между манжета-х и механических свойств нерва, и чрезмерное напряжение в отведениях манжете в. Эти вопросы безопасности приводят к определенному набору конструктивных ограничений на механической гибкости, геометрической конфигурации и размера ^1. Эти критерии являются особенно Challenging в случае высокого контактного счета FINE, потому что манжета должна быть в то же время жесткой в ​​поперечном направлении, чтобы изменить форму нерва и гибкий в продольном направлении для предотвращения повреждения, а также размещения нескольких контактов. Self-проклейки спиральные конструкции можно разместить несколько контактов манжеты ^14, но в результате манжеты несколько жесткой. Гибкая конструкция полиимида можно разместить большое число контактов, но склонны к расслаиванию. Конструкция проволоки массив ¹³ производит FINE с плоским поперечным сечением, но для того , чтобы сохранить эту геометрию провода соединяются вместе вдоль длины манжеты по производству жестких граней и острых кромок делая затем непригодной для долгосрочных имплантатов.

Методика изготовления описанной в этой статье дает высокую контактную плотность FINE с гибкой структурой, которая может быть изготовлена ​​вручную с неизменно высокой точностью. Он использует жесткий полимер (полиэфирэфиркетона (PEEK)), чтобы обеспечить точное рlacement контактов. Сегмент ПЭЭК поддерживает плоское поперечное сечение в центре электрода, оставаясь гибким в продольном направлении вдоль нерва. Эта конструкция также минимизирует общую толщину и жесткость манжеты, так как тело электрода не должна быть жесткой, чтобы сплющить нерв или закручивания контакты.