Die Herstellung von High-Kontakt-Dichte, Flach-Interface Nerve Elektroden für die Aufnahme und Stimulation Anwendungen

Wirken mit dem peripheren Nervensystem (PNS) ermöglicht den Zugang zu hochverarbeiteten neuralen Befehlssignale, wie sie reisen, um verschiedene Strukturen innerhalb des Körpers. Diese Signale werden erzeugt, indem innerhalb Faszikel beschränkt Axonen und durch eng verbunden Perineuriums Zellen umgeben. Die Größe der meßbaren Potentialen aus den neuralen Aktivitäten resultiert, wird durch die Impedanz der verschiedenen Schichten innerhalb der Nerven wie dem Perineurium hochohmige Schicht beeinflusst, die die Faszikel umgibt. Folglich wurden zwei Schnittstellen Ansätze untersucht, je nach der Aufzeichnungsstelle in Bezug auf das Perineurium Schicht, nämlich intrafaszikuläre und extrafaszikuläres Ansätze. Intra-faszikulären Ansätze stellen die Elektroden im Inneren der Faszikel. Beispiele dieser Ansätze sind das Utah – Array ^17, der Längs Intra-faszikuläre Electrode (LIFE) ¹⁸ und die Querintra faszikuläre mehrkanaligen Elektrode (TIME) ^32. Tiese Techniken können selektiv aus dem Nerven aufnehmen sondern in vivo, wahrscheinlich aufgrund der Größe und der Nachgiebigkeit der Elektrode gezeigt zuverlässig Funktionalität für lange Zeiträume beibehalten ¹² nicht.

Extra faszikulären Ansätze stellen die Kontakte um den Nerv. Die Manschette Elektroden in diesen Ansätzen verwendete keine Kompromisse das Perineurium noch das Epineurium und wurden von der Aufnahme aus dem peripheren Nervensystem ¹² ein sicheres und robustes Mittel zu sein , beide gezeigt. Allerdings außer faszikulären Ansätze fehlt die Fähigkeit, einzelne Einheit Aktivität zu messen – im Vergleich zu den inner faszikulären Designs. Neuroprothetischer Anwendungen , die Nervenmanschette Elektroden verwenden , umfassen die Aktivierung der unteren Extremität, die Blase, die Membran, die Behandlung von chronischen Schmerzen, Block neuronaler Leitung, sensorisches Feedback, und die Aufnahme Elektron ^1. Mögliche Anwendungen zu nutzen, periphere Nerven Interfacing umfassen Restoring Bewegung für Opfer von Lähmung mit funktionellen Elektrostimulation, die Aufnahme Motoneuron Aktivität von Rest Nerven angetriebenen Gliedmaßenprothesen in Amputierten zu steuern und mit dem autonomen Nervensystem eine Schnittstelle ²⁰ Bioelektronik-Medikamente zu liefern.

Eine Design – Implementierung der Manschette Elektrode ist die Flat-Schnittstelle Nervenelektrode (FINE) ^21. Dieser Entwurf formt die Nerven in einen flachen Querschnitt mit größeren Umfang im Vergleich zu einer runden Form. Die Vorteile dieser Bauart sind Anzahl der Kontakte erhöht, die auf dem Nerv angeordnet werden kann, und die Nähe der Kontakte mit den neu angeordneten internen Faszikel zur selektiven Erfassung und Stimulation. Ferner oberen und unteren Extremitäten Nerven bei großen Tieren und Mensch kann verschiedene Formen annehmen und die von der FINE erzeugt Umbildung nicht die natürliche Geometrie des Nerven verzerren. Jüngste Studien haben gezeigt, dass FINE fähig ist Gefühl der Wiederherstellung indas obere Ende ¹⁶ und die Rückstellbewegung in dem unteren Ende ²² mit funktionalen elektrischen Stimulation beim Menschen.

Die Grundstruktur einer Manschettenelektrode besteht auf der Oberfläche eines Nervensegment mehrere Metallkontakte zu platzieren, und isolierende dann diese Kontakte zusammen mit dem Nervensegment innerhalb einer nichtleitenden Manschette. Um diese Grundstruktur zu erreichen, mehrere Entwürfe wurden in früheren Studien vorgeschlagen, einschließlich:

(1) Die Metallkontakte in ein Dacron Masche eingebettet. Das Netz wird dann um den Nerv gewickelt und die sich ergebende Manschettenform folgt der Nervengeometrie ^{4, 5.}

(2) Split-Zylinder – Designs , die vorgeformten verwenden starren und nichtleitenden Zylinder um die Kontakte zu fixieren den Nerv herum. Das Nervensegment , das diese Manschette aufnimmt , ist in den internen Stulpe der Geometrie umgestaltet ^{6 – 8.}

<p class= "jove_content"> (3) Selbstwickel Konstruktionen , bei denen die Kontakte zwischen zwei Isolationsschichten eingeschlossen sind. Die innere Schicht geschmolzen wird, während sie mit einer externen un gestreckten Schicht gestreckt. Mit verschiedenen natürlichen Ruhelängen für die zwei miteinander verbundenen Schichten bewirkt, dass die endgültige Struktur eine flexible Spirale zu bilden, die sich um den Nerv wickelt. Das Material für diese Schichten verwendet wurden typischerweise Polyethylen ⁹ Polyimid ¹⁰ und Siliconkautschuk – ^1.

(4) Nicht isolierte Segmente der Leitungsdrähte gegen den Nerv angeordnet , wie die Elektrodenkontakte dienen. Diese Leitungen werden entweder in Silikonschlauch gewebt ¹¹ oder in Silikon verschachtelt Zylinder ¹² geformt. Ein ähnliches Prinzip wurde verwendet , Bußgelder zu konstruieren , durch das Anordnen und isolierte Drähte Verschmelzen ein Array zu bilden, und dann eine Öffnung , durch die Isolierung erfolgt durch ein kleines Segment durch die Mitte dieser verbundenen Drähte ¹³ Strippen. Diese Entwürfe assume einen runden Querschnitt Nerven und entsprechen diese angenommen Nervengeometrie.

(5) Flexible auf Polyimidbasis Elektroden ³³ mit den Kontakten , gebildet durch Polyimidstruktur Mikrobearbeitung und dann in gestreckte Silikonfolien integrierenden selbst Aufwickeln Manschetten zu bilden. Dieser Entwurf nimmt auch an einen runden Nervenquerschnitt.

Cuff – Elektroden sollten, um flexibel und selbst Sizing zu vermeiden Stretching und die Nerven zu komprimieren , dass Nervenschäden ³ führen kann. Einige der bekannten Mechanismen, durch die Manschettenelektroden diese Effekte sind die Übertragung der Kräfte von benachbarten Muskeln an der Manschette induzieren kann und somit auf den Nerv, Mismatch zwischen der Manschette ist und Nerven der mechanischen Eigenschaften und der übermäßige Spannung in den Leitungen der Manschette. Diese Sicherheitsprobleme führen zu bestimmten Satz von Designbeschränkungen auf die mechanische Flexibilität, geometrische Konfiguration und die Größe ^1. Diese Kriterien sind besonders challein dem Fall eines hohen Kontaktzahl FINE rn de weil die Manschette zugleich steif in der Querrichtung sein muß, den Nerv und flexibel in Längsrichtung neu zu gestalten Schäden sowie das mehrere Kontakte zu verhindern. Selbst Sizing Spirale Designs können mehrere Kontakte Manschette ¹⁴ aufnehmen, aber die resultierende Manschette ist etwas steif. Flexible Polyimid-Design kann eine hohe Anzahl von Kontakten aufnehmen, sind aber anfällig für Delamination. Der Draht – Array – Design ¹³ erzeugt einen feinen mit flachem Querschnitt, aber um diese Geometrie die Drähte verschmolzen sind entlang der Länge der Manschette Herstellung steifen Flächen und scharfen Kanten zusammenzuhalten dann ungeeignet für Langzeitimplantate machen.

Das Herstellungsverfahren in diesem Artikel beschrieben erzeugt eine hohe Kontaktdichte FINE mit flexibler Struktur, die bei gleichbleibend hoher Präzision von Hand gemacht werden kann. Es verwendet ein starres Polymer (Polyetheretherketon (PEEK)) präzise p zu ermöglichenlacement der Kontakte. Das PEEK-Segment hält einen flachen Querschnitt in der Mitte der Elektrode, während in der Längsrichtung entlang des Nervs flexible verbleibt. Diese Konstruktion minimiert auch die Gesamtdicke und Steifigkeit der Manschette, da der Elektrodenkörper starr zu sein, nicht um die Nerven zu glätten hat oder die Kontakte zu sichern.