Biodissolvable चिपकने के साथ संलग्न कठोर Stiffeners का प्रयोग लचीले तंत्रिका जांच की प्रविष्टि
Summary
लचीला तंत्रिका microelectrode जांच की प्रविष्टि polyethylene glycol (खूंटी) के साथ कठोर stiffeners को जांच संलग्न द्वारा सक्षम है. एक अनूठी विधानसभा प्रक्रिया वर्दी और repeatable लगाव सुनिश्चित करता है. ऊतक में सम्मिलन के बाद, खूंटी घुल और दृढकारी निकाला जाता है. इन विट्रो परीक्षण विधि agarose जेल में तकनीक का मूल्यांकन करता है.
Abstract
लचीला सामग्री micromotion की वजह से प्रतिकूल ऊतक प्रतिक्रिया को कम कर सकता है क्योंकि biocompatible पतली फिल्म बहुलक से बना रहे हैं कि तंत्रिका इंटरफ़ेस उपकरणों के लिए microelectrode सरणियों कार्यात्मक जीवनकाल बढ़ाया है की संभावना है. हालांकि, उनके लचीलेपन सही तंत्रिका ऊतक में डाला जा रहा से रोकता है. यह लेख अस्थायी रूप से जांच की सटीक, शल्य चिकित्सा सुविधा के लिए सम्मिलन biodissolvable polyethylene glycol (खूंटी) का उपयोग कर एक कठोर दृढकारी के लिए एक लचीला microelectrode जांच संलग्न करने के लिए एक विधि को दर्शाता है. एक अनूठी दृढकारी डिजाइन जांच की लंबाई के साथ खूंटी चिपकने के समान वितरण के लिए अनुमति देता है. फ्लिप चिप संबंध, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग में इस्तेमाल एक आम उपकरण, दृढकारी के लिए सटीक और repeatable संरेखण और जांच की कुर्की सक्षम बनाता है. जांच और दृढकारी शल्य चिकित्सा द्वारा फिर खूंटी दृढकारी जांच छोड़ने निकाला जा सकता है तो उस भंग करने की अनुमति दी है, साथ में प्रत्यारोपित कर रहे हैंजगह में. अंत में, एक में इन विट्रो परीक्षण विधि मस्तिष्क के ऊतकों की एक agarose जेल मॉडल में दृढकारी निकासी का मूल्यांकन करने के लिए प्रयोग किया जाता है. आरोपण के लिए यह दृष्टिकोण (> 3 मिमी) लंबे समय तक लचीला जांच के लिए विशेष रूप से फायदेमंद साबित हो गया है. यह भी दोहरी तरफा लचीला जांच प्रत्यारोपण करने के लिए एक व्यावहारिक तरीका प्रदान करता है. तिथि करने के लिए, तकनीक चूहा प्रांतस्था से विभिन्न vivo में रिकॉर्डिंग डेटा प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया गया है.
Introduction
Microelectrode सरणियों एक तंत्रिका विज्ञान में आवश्यक उपकरण के रूप में भी इस तरह के कृत्रिम अंग के रूप में उभर नैदानिक आवेदन कर रहे हैं. विशेष रूप से, मर्मज्ञ सूक्ष्म इलेक्ट्रोड जांच मस्तिष्क, रीढ़ की हड्डी, और परिधीय नसों में कोशिकाओं के साथ निकट संपर्क के माध्यम से neuronal गतिविधि की उत्तेजना और रिकॉर्डिंग सक्षम. प्रत्यारोपित तंत्रिका जांच के लिए एक बड़ी चुनौती उत्तेजना और रिकॉर्डिंग कार्यों की स्थिरता और दीर्घायु है. Microelectrode जांच और तंत्रिका ऊतक के बीच बातचीत का मॉडलिंग और प्रायोगिक अध्ययन गिरावट के लिए एक तंत्र की वजह से जांच और ऊतक 1-3 के बीच मामूली सापेक्ष गति के लिए तंत्रिका ऊतक के सूक्ष्म फाड़ है कि सुझाव दिया है. एक समाधान के लिए और अधिक बारीकी से रिश्तेदार micromotion कम करने के लिए तंत्रिका ऊतक के थोक कठोरता गुणों से मेल खाने वाली लचीला जांच को बनाना है. जैसे, ऐसे Polyimide और parylene रूप biocompatible पतली फिल्म पॉलिमर microelec के लिए अनुकूल substrates के रूप में अपनाया गया हैtrode 4-8 जांचता है.
लचीला जांच की एक tradeoff वे तंत्रिका ऊतक में सम्मिलित करने के लिए मुश्किल हो रहा है. शोधकर्ताओं ने वांछनीय यांत्रिक गुणों के संरक्षण, जबकि लचीला जांच की प्रविष्टि की सुविधा के लिए विभिन्न तरीकों में ले लिया है. डिजाइनों में से एक वर्ग अन्य भागों में अनुपालन को बनाए रखते हुए कुछ वर्गों या कुल्हाड़ियों में कठोरता को बढ़ाने के लिए बहुलक जांच ज्यामिति को संशोधित करता है. इस पसलियों या अन्य सामग्री 9,10 की परतों को शामिल करके पूरा किया गया है. एक और दृष्टिकोण biodegradable सामग्री 11 से भर जाता है कि बहुलक जांच डिजाइन में एक 3 डी चैनल एकीकृत करता है. यह जांच अस्थायी रूप से stiffened, और किया जा सकता है चैनल घुल और नालियों बाहर में सम्मिलन सामग्री के बाद. हालांकि, स्थायी रूप से अंतिम प्रत्यारोपित डिवाइस की ज्यामिति को संशोधित कि इन जैसे तरीकों लचीला जांच के वांछित सुविधाओं में से कुछ समझौता हो सकता है.
N करता है कि एक विधिअंतिम जांच ज्यामिति बदल ओ.टी. अस्थायी रूप से डिवाइस 12-14 ठोस बनाना biodegradable सामग्री के साथ बहुलक डिवाइस encapsulate करने के लिए है. हालांकि, ठेठ biodegradable सामग्री सिलिकॉन की तुलना में छोटे परिमाण की यंग moduli आदेश दिया है और फलस्वरूप एक ही कठोरता को प्राप्त करने के लिए बड़ा मोटाई की आवश्यकता होगी. पर्याप्त रूप से जांच प्रविष्टि और अधिक कठिन बना, एक और गोल या कुंद टिप में परिणाम कर सकते हैं कोटिंग. गलाऊ कोटिंग्स उजागर कर रहे हैं के बाद से ही, ऊतक के साथ एक संपर्क पर तुरंत भंग उनमें से जोखिम, या यहां तक कि करीब निकटता, वहाँ है.
तरीकों का एक अन्य वर्ग के ऊतकों में प्रत्यारोपित होने के बाद कठोरता में कम है कि उपन्यास जांच सब्सट्रेट सामग्री का उपयोग करता है. इस तरह की सामग्री आकार स्मृति पॉलिमर 15 और एक यंत्रवत् अनुकूली nanocomposite 16 में शामिल हैं. इन सामग्रियों में प्रविष्टि के बाद काफी लोचदार मापांक में कमी कर रहे हैं, और अधिक बारीकी से matc कि जांच में परिणाम कर सकते हैंतंत्रिका ऊतक के घंटे यांत्रिक गुणों. हालांकि, कठोरता से प्राप्त रेंज अभी भी सीमित है, इसलिए वे सिलिकॉन या टंगस्टन तारों को बहुत उच्च कठोरता समकक्ष प्रदान करने में सक्षम नहीं हो सकता है. इस प्रकार बहुत कम कठोरता है बहुत लंबी (जैसे> 3 मिमी) या कि हैं कि लचीला जांच के मामले में अस्थायी रूप से एक और अधिक कठोर दृढकारी संलग्न की एक विधि अभी भी आवश्यक हो सकता है.
रिपोर्ट की अभी तक एक और होनहार विधि कोट करने के लिए शटल और लचीला जांच 17 के बीच सतह बातचीत अनुकूलित करने के लिए एक स्थायी स्वयं कोडांतरण monolayer (एसएएम) के साथ एक stiffening शटल है. जब सूखे, जांच electrostatically लेपित शटल का पालन करता है. प्रविष्टि के बाद, पानी शटल निकाला जा सकता है, ताकि शटल से जांच को अलग करने, हाइड्रोफिलिक सतह पर प्रवास करती है. कम जांच विस्थापन के साथ शटल निष्कर्षण (85 माइक्रोन) का प्रदर्शन किया गया था. हालांकि, केवल electrostatic बातचीत करने के लिए टी जांच जोत के साथवह शटल, सम्मिलन से पहले और दौरान शटल के सापेक्ष जांच फिसलन के कुछ जोखिम है.
हम लचीला जांच सुरक्षित रूप से प्रविष्टि के दौरान जांच रखती है कि एक अस्थायी biodissolvable चिपकने वाला पदार्थ के साथ एक दृढकारी से जुड़ा हुआ है जिसमें एक विधि विकसित की है. प्रयोग किया जांच 2-4 GPa के आदेश पर एक लोचदार मापांक है जो Polyimide, के बने थे. दृढकारी ~ 200 GPa के एक लोचदार मापांक साथ, सिलिकॉन से निर्मित किया गया था. संलग्न करते हैं, सिलिकॉन की कठोरता प्रविष्टि की सुविधा हावी है. एक बार ऊतक में डाला, चिपकने वाला पदार्थ घुल और दृढकारी अपनी प्रारंभिक लचीलापन जांच बहाल करने के लिए निकाला जाता है. हम biodissolvable चिपकने वाला पदार्थ के रूप में पॉलीथीन glycol (खूंटी) का चयन किया. खूंटी ऐसे तंत्रिका जांच, ऊतक इंजीनियरिंग, और दवा वितरण 11,18,19 रूप में प्रत्यारोपित अनुप्रयोगों में इस्तेमाल किया गया है. कुछ सबूत खूंटी मस्तिष्क में neuroinflammatory प्रतिक्रिया attenuate सकता है कि सुझाव दिया गया हैऊतक 18,20. सुक्रोज, पाली लैक्टिक सह एसिड (PLGA), और polyvinyl शराब (PVA) सहित अन्य संभव सामग्री, की तुलना में, खूंटी के आदेश पर (कई प्रत्यारोपण सर्जरी के लिए एक उचित स्तर की है कि जैविक तरल पदार्थ में एक विघटन समय है आणविक वजन पर निर्भर करता है मिनट के दसियों,). इसके अलावा, यह लेकर तापमान पर कमरे के तापमान और तरल पर ठोस है 50-65 डिग्री सेल्सियस से यह गुण हमारे परिशुद्धता विधानसभा की प्रक्रिया के लिए यह विशेष रूप से उपयुक्त बनाता है. इसके अलावा, सैम के लिए इसी तरह की 17 में वर्णित है, भंग खूंटी दृढकारी की निकासी की सुविधा, हाइड्रोफिलिक है. यह फायदेमंद दृष्टिकोण वर्दी चिपकने वाला कवरेज और सटीक और repeatable संरेखण सुनिश्चित जो एक उपन्यास दृढकारी डिजाइन और व्यवस्थित विधानसभा की प्रक्रिया से सक्षम है. विधानसभा की प्रक्रिया के अलावा, हम सर्जरी के दौरान हटाने योग्य दृढकारी को लागू करने की विधि है, साथ ही एसटीआई की निकासी का मूल्यांकन करने के लिए इन विट्रो प्रक्रिया पेशffener.
इस के साथ साथ प्रस्तुत प्रोटोकॉल उपयोगकर्ता एक लचीला बहुलक microelectrode जांच के पास रखती है. एक दृढकारी को इस जांच का दृढकारी और विधानसभा के निर्माण से संबंधित प्रोटोकॉल का हिस्सा एक microfabrication सुविधा में पाया आम उपकरणों के लिए उपयोग हो जाती है. सम्मिलन और निकासी से संबंधित प्रोटोकॉल की संभावना एक तंत्रिका विज्ञान उन्मुख प्रयोगशाला में प्रदर्शन किया जाएगा.
Protocol
Representative Results
Discussion
विधि यहाँ वर्णित एक biodissolvable चिपकने के साथ अलग stiffeners के लिए पतली फिल्म बहुलक जांच संलग्न करने के लिए एक अच्छी तरह से नियंत्रित प्रक्रिया प्रदान करता है. इसके अलावा इन हटाने योग्य stiffeners और एक दिया जांच दृढकारी …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम एनआईएच NIDCD Y1 डीसी 8002-01 द्वारा समर्थित किया गया. इस काम के अनुबंध डे-AC52-07NA27344 तहत लॉरेंस लिवरमोर राष्ट्रीय प्रयोगशाला द्वारा अमेरिकी ऊर्जा विभाग के तत्वावधान में प्रदर्शन किया गया था.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Polyethylene glycol, 10,000 g/mol | Sigma Aldrich | 309028 | |
| Agarose | Sigma Aldrich | A9539 | |
| Flexible Sub-micron Die Bonder | Finetech | Fineplacer lambda | |
| Micromanipulator | KOPF | 1760-61 | |
| Digital Microscope | Hirox | KH-7700 | |
| Dual Illumination Revolver Zoom Lens | Hirox | MXG-2500REZ | |
| Precision Motorized Actuator | Newport | LTA-HS | w/ CONEX-CC controller |
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