Biodissolvable 접착제가 부착 된 강성 보강재를 사용하여 유연한 신경 프로브의 삽입
Summary
유연한 신경 미세 프로브의 삽입은 폴리에틸렌 글리콜 (PEG)과 강성 보강재에 프로브를 연결하여 사용할 수 있습니다. 고유의 조립 공정은 균일하고 반복적 인 첨부 파일을 확인합니다. 조직에 삽입 한 후, PEG가 용해 보강재가 추출된다. 시험 관내 시험 방법은 아가 로스 겔에서 기술을 평가한다.
Abstract
가요 성 재료가 미세 운동으로 인한 악영향 조직 반응을 최소화 할 수 있기 때문에 생체 적합성 박막 폴리머로 만들어진 신경 인터페이스 디바이스를위한 미세 전극 배열은 기능적 수명을 연장 한 것으로 예상된다. 그러나, 유연성 정확하게 신경 조직에 삽입되는 것을 방지 할 수 있습니다. 본품은 일시적 프로브의 정확한 수술 삽입을 용이하게하기 위해 biodissolvable 폴리에틸렌 글리콜 (PEG)을 사용하여 강성 보강재로 변경할 미세 프로브를 부착하는 방법을 보여준다. 보강재 독특한 디자인은 프로브의 길이를 따라 PEG 접착제의 균일 한 분포를 허용한다. 플립 칩 본딩, 마이크로 전자 패키징에 사용되는 일반적인 도구는 보강재에 대한 정확하고 반복적 인 정렬과 프로브를 부착 할 수 있습니다. 프로브 및 보강재는 수술 후 PEG는 보강재가 프로브를 떠나 추출 할 수 있도록 분해 할 수있다, 함께 이식장소. 마지막으로, 시험 관내 시험 법은 뇌 조직의 아가 로스 겔 모델 보강재 추출을 평가하는 데 사용된다. 주입이 방법은 (> 3mm) 더 유연한 프로브에 특히 유리한 입증했다. 또한 양면가요 프로브를 이식하는 가능한 방법을 제공한다. 지금까지 기술은 래트 피질에서 다양한 생체 기록 데이터를 얻기 위해 사용되었다.
Introduction
미세 전극 배열은 신경 과학의 필수적인 도구뿐만 아니라 보철 등 신흥 임상 응용 프로그램입니다. 특히, 마이크로 관통 전극 프로브는 뇌, 척수 및 말초 신경 세포들과의 긴밀한 접촉을 통해 신경 세포의 활동을 자극하고 녹음을 가능하게한다. 이식 된 신경 프로브의 주요 과제는 자극과 녹음 기능의 안정성과 수명입니다. 미세 프로브 및 신경 조직 사이의 상호 작용의 모델링 및 실험 연구는 저하 하나의 메커니즘으로 인해 프로브와 조직 1-3 사이에 약간의 상대 운동에 신경 조직의 마이크로 찢는 것을 제안했습니다. 하나의 해결책은 더 가깝게 상대 미세 운동을 최소화하기 위해 신경 조직의 부피 강성 특성과 일치하는가요 성 프로브를 제조하는 것이다. 이와 같이, 폴리이 미드 및 파릴 렌 등의 생체 적합성 박막 중합체 microelec 유리한 기판으로서 채용되었다trode 4-8을 프로빙합니다.
가요 성 탐침의 절충들은 신경 조직에 삽입하기 어려운 점이다. 연구팀은 바람직한 기계적 특성을 유지하면서 유연한 프로브의 삽입을 용이하게하기 위해 다양한 방법을 촬영했습니다. 디자인의 하나의 클래스가 다른 부분에서 준수를 유지하면서 특정 섹션이나 축에 강성을 높이기 위해 고분자 프로브의 형상을 수정합니다. 이것은 갈비뼈 또는 기타 자료 9, 10 층을 통합하여 수행하고있다. 또 다른 방법은 생분해 성 재료 (11)로 채워진다 중합체 프로브 설계에 3-D 채널을 통합한다. 이 프로브는 일시적으로 경직 될 수 있고, 채널 해소 및 배수 아웃 삽입 재료 후. 그러나 영구적으로 최종 이식 장치의 형상을 변경 이와 같은 방법은 유연한 프로브의 바람직한 기능을 손상시킬 수.
N을 수행하는 한 가지 방법최종 프로브 형상을 변경 하다며 일시적으로 장치 12-14 경화하는 생분해 성 물질로 고분자 장치를 캡슐화하는 것입니다. 그러나, 대표적인 생분해 성 물질은 실리콘보다 작은 크기의 영률 순서를 가지며, 결과적으로 동일한 강성을 달성하기 위해 큰 두께를 필요로한다. 적절하게 프로브가 삽입이 더 어렵게, 더 둥근 또는 뭉툭한 팁이 발생할 수 있습니다 코팅. 분해 할 수있는 코팅이 노출되어 있기 때문에 또한, 조직과 접촉시 즉시 용해 그들의 위험, 심지어 가까이가있다.
방법의 또 다른 클래스는 조직에 이식 된 후 강성 감소 소설 프로브 기판 재료를 사용합니다. 이러한 물질은 형상 기억 폴리머 (15)와 기계적으로 적응 나노 복합체 (16)를 포함한다. 이 자료는 삽입 후 크게 탄성 계수가 감소 할 수 있으며, 더 가깝게 성냥 프로브가 발생할 수 있습니다신경 조직의 H 기계적 성질. 그러나 강성의 달성 가능한 범위는 여전히 제한됩니다, 그래서 그들은 실리콘이나 텅스텐 와이어로 매우 높은 강성 상당을 제공하지 못할 수 있습니다. 따라서 매우 낮은 강성이 매우 긴 (예> 3mm) 또는 그것은가요 프로브의 경우, 일시적으로 더 강성 보강재를 부착하는 방법이 여전히 요구 될 수있다.
보고 또 다른 유망한 방법은 코트에 셔틀과 유연한 프로브 (17) 사이의 표면 상호 작용을 사용자 정의 할 수있는 영구적 인 자기 조립 단분자막 (SAM)과 보강 셔틀입니다. 건조 할 경우, 프로브가 정전 기적으로 코팅 셔틀을 준수합니다. 삽입 후, 물을 셔틀이 추출 될 수 있도록 셔틀로부터 프로브를 분리, 친수성 표면에 마이그레이션. 감소 프로브 변위 셔틀 추출 (85 μm의) 입증되었다. 그러나, 정전 기적 상호 작용이 t에 프로브를 들고그는 셔틀, 삽입 전에 동안 셔틀 상대 프로브 불이행 될 위험이 있습니다.
우리는 유연한 프로브가 안전하게 삽입 중에 프로브를 보유 biodissolvable 임시 접착 재료와 보강재에 부착시키는 방법을 개발했다. 사용 된 프로브는 2-4 GPa의 정도의 탄성률을 가지고, 폴리이 미드로 제조 하였다. 보강재 ~ 200 GPa로의 탄성 계수와, 실리콘으로 제작되었다. 부착되면, 실리콘의 강성은 삽입을 용이하게 지배하고있다. 일단 조직에 삽입, 접착 물질은 용해 및 보강재는 초기에 유연성 탐침을 복원 추출된다. 우리는 biodissolvable 접착 재료로서 폴리에틸렌 글리콜 (PEG)을 선택했다. PEG는 신경 프로브, 조직 공학, 약물 전달 11,18,19로 이식 된 응용 프로그램에서 사용되어왔다. 몇 가지 증거가 PEG는 뇌의 신경 염증성 반응을 약화 수 있다는 것을 제안했다조직 (18, 20). 수크로오스, 폴리 락트산 – 코 – 글리콜 산 (PLGA) 및 폴리 비닐 알코올 (PVA) 등의 다른 가능한 재료에 비해 PEG가의 주문에 (많은 임플란트 시술에 대한 적절한 치수이다 생체 액에서 용해 시간을 가지고 분자량에 따라 수십 분). 또, 온도 범위에서, 실온에서 고체와 액체 인 50-65 ° C.에서 이 속성은 우리의 정밀 조립 공정에 특히 적합합니다. 또한, SAM 유사한 17에서 설명한, 용해 PEG는 보강재의 추출을 용이 친수성이다. 이 유리한 접근 방식은 균일 한 접착제의 범위와 정확하고 반복적 인 정렬을 보장 새로운 보강재 디자인과 질서 조립 공정에 의해 사용할 수 있습니다. 조립 공정 이외에, 우리는 수술 중에 이동식 보강재를 구현하는 방법뿐만 아니라, STI의 추출을 평가하는 시험 관내 절차를 제시ffener.
본 명세서에서 프로토콜은 사용자가 유연한 고분자 미세 프로브를 가지고 있다고 가정한다. 보강재이 프로브의 보강재 및 조립체의 제조를 관련 프로토콜의 부분이 미세 가공 시설에서 발견 일반적인 도구에 대한 액세스를 가정한다. 삽입 및 추출과 관련된 프로토콜은 가능성 신경 지향 실험실에서 수행 될 것이다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에서 설명하는 방법은 biodissolvable 접착제로 별도의 보강재로 박막 고분자 프로브를 장착 할 수있는 잘 제어 방법을 제공한다. 또한 이러한 착탈 보강재와 관련 프로브 보강재 구성 체외에서 절차의 유효성을 검사하는 기술을 구현하는 추천 수술 절차이다 선보였다. 보강재는 임의로 경질 이루어질 수 있기 때문에,이 방법은 비교적 긴 프로브 (> 3mm)의 삽입을 용이하게 할 수있다. 이?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 NIH NIDCD Y1-DC-8002-01에 의해 지원되었다. 이 작품은 계약 DE-AC52-07NA27344에서 로렌스 리버모어 국립 연구소에 의해 미국 에너지 국의 후원하에 실시 하였다.
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 |
Riferimenti
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