תרגום ל: אופטימיזציה של עיצוב אלקטרודה למכשירי הקלטה ניבריים

עיצוב אלקטרודה ל-Nural Recording

מטרת לפענח את פעילות החשמל של המוח הובילה לפיתוח של מכשירים הקלטה עצביים ברזולוציה גבוהה.אלקטרודות לשמש ממשק קריטי בין רקמות ביולוגיות לבין מכשיר אלקטרוני, ואת העיצוב שלהם קובע ישירות את נאמנות, תוחלת, ובטיחות של שתלים כרוניים.כפי שחוקרים דוחקים לעבר הקלטה של אלפי נוירונים במקביל במשך חודשים או שנים, אופטימיזציה של עיצוב אלקטרודה הפכה לאתגר מרכזי בטכנולוגיות עצביות אלה, לבחון במהירות את המשתנים של אסטרטגיות שדהיות, כדי לדון באסטרטגיות מתקדמות, על ידי בדיקות אלקטרודות, על ידי בדיקות אלקטרודות, על פני זמן, על פני ביצועים.

מפתח בעיצוב אלקטרודה

איכות חומרית והתאמה ביולוגית

הבחירה של חומר אלקטרודה מכתיב יציבות אלקטרו-כימית, יכולת הזרקת המטען ותגובת הרקמות (מתכת) כמו פלטינה (Pt) ו-iridium oxide (IrOphFLT:02reaFLT:1) הם סטנדרטים מסורתיים בגלל חוסר יכולת גבוהה שלהם מיקרו-חמצני (חומריטיסה סגורה) במיוחד, מציעה שטח גדול אלקטרו-כימי פעיל וניתן לקיים את המולקולות גבוהות עבור דחיסות אלקטרו-אופטיקה נמוכה (Fed) עם יכולת הנטוריות נמוכה (חומצה פולימרוטית) עם יכולת הנטוריות (חומצה פולימרוטית) עם יכולת מצופה) עם יכולת הגמישות נמוכה של אלקטרו-חמצני.

(ההתאמה של Biocompatibility משתרעת מעבר למתכת אלקטרודה עצמה.שכבת ה-capsulation - באופן קדחתני parylene-C, פולימידיד או SU-8 - חייבת לבודד עקבות סמוכים תוך מניעת לחות בתוקפנות ודליפה ion.כל קורוזיה או דלמנטון יכול להוביל להפחתה או רעילה של חומרים.

גודל אלקטרודה, צורה וגיאומטריה

ההחלטה ספילית בהקלטה עצבית מוגבלת ביסודה על ידי ממדים אלקטרודה. אלקטרודות קטנות יכולות לבודד אותות מנוירונים בודדים, אבל הם גם מציגים אימפולס גבוה יותר עקב שטח גאומטרי מופחת, אשר מגביר רעש תרמי ומפחית יחס אות לרעש (SNR) מיקרו-אלקטרוניקה טיפוסי יכול גם להשיג נזקי הקלטה אחידים מ גבהים של 10 עד 50 מיקרומטר בהקלטות חד-עונש, בעוד בדיקות אולטרה-אפולינה עם קוטרים עם 5 מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ נמוך יותר, יכול גם כן, 000 מחסנים, 000 מחסנים יכול גם כן, 000 הקלטה או ירידה של חומרים מ-מ"מ נמוך יותר על ידי מחסנים מחסנים מחסנים דחוסים.

[המידע המחודש] על בדיקה קובע את היכולת להבחין בין נוירונים שכנים. בדיקות בעלות גבוהה מודרנית מ- Imec ו- Neuropixels לנצל מערךים עם 20-30 דונם, המאפשרת לספיד של מאות יחידות לשקע.עם זאת, אריזה צפופה זו דורשת טכניקות ייצור מתקדמות וניהול קפדני של פיזור חום.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

הגדלת שטח פני השטח מיקרוסקופי של אלקטרודה ללא הרחבת טביעת הרגל שלה היא דרך חזקה להפחית את הדחף ולשפר את העברת המטען. נוקשות יכול להיות מושג באמצעות אלקטרודה, משיכת פלזמה, או מחיקה של nanostructures. פלטינום שחור (הפקדת פלטינה ⁇ ) שימש במשך עשרות שנים כדי להפחית את הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הקיבולת של גודל.

אינסטלציה ודיאלקטרי מתקפלות

בידוד יעיל הוא קריטי למנוע מגע בין אתרי ההקלטות השכנים ולהימנע זרמי דליפות שיכולים לפגוע רקמות.חומרים דיאלקטריים נפוצים כוללים סיליקון דו-חמצני, סיליקון ניטריד, וסרטים פולימרים כמו פולימריד ו parylene-C. Parylene-C הוא אטרקטיבי במיוחד כי ניתן להפקיד אותו בהתאמה בטמפרטורה עם צפיפות נמוכה ולחות מעולה עבור בדיקות גמישות, ניתן לספוג את המבנה הציפוי של דלקת ריאות ארוכה או אטומית זמן רב יותר.

אסטרטגיות אופטימיזציה

ביטול ההחלטה ללא הקרבה

הורדת אלקטרודה משפרת את SNR ומפחיתה רעש תרמי, אך לעתים קרובות סכסוכים עם המטרה של miniaturization.הגישות היעילות ביותר משלבות את פני השטח עם ציפויים מוליכים.לדוגמה, 10 מיקרומטר אלקטרודה המצופה עם PEDOT:PSS יכול להשיג עכבות כמו 10 ⁇ ב 1Hz, בהשוואה ל- k, 000 k ⁇ זהב עבור אלקטרודה חשוף של אותו אלקטרודה מאפשר טיפול טבעי של תאים קטנים יותר.

שיפור יכולת הביו-תחרותיות ומעודד את תגובת הגוף הזר

לאחר השתלה, קערה של אירועים ביולוגיים - מודעות חלבונים, הפעלה מיקרוגליבית, התפשטות אסטרוציטים - יכול לבודד את אלקטרודה בצלקת גלימה, הגדלת האימפולסים ובודד את המכשיר מנוירונים מטרה.אופטימיזציה אלקטרודה עיצוב למזער תגובה זו חיונית להקלטות ארוכות טווח.אסטרטגיות כוללות:

• (FLT:0) ציות מכני: 1FLT) בדיקות גמישות התואמים את המודולולים של רקמת המוח (1-10 kPa) להפחית את הלחץ הראר ודלקת כרונית. די-סרטים כמו פולימידיד או SU-8, יחד עם מבנים "mesh" או "net", לאפשר לאלקטרודה לנוע עם המוח.
• (FLT:0) ציפויים אנטי-בינומיים: חליל 1 (Halphilic שכבות כגון ציפוי הידרוגל (למשל, חומצה פוליאתילן glycol או חומצה היאלורונית) מתנגדים למודעות חלבונים ומניעים את הדבקות התאית.
• (ב) ⁇ (ה-ד"ר) ⁇ (ה) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) רמזים אוטוביוגרפיים: FLT:1mia מיקרו-או ננו-מפלט משטחים יכולים לכוון את האסטרולוגיות ולצמצם את היווצרות הצלקות, אם כי גישה זו עדיין ניסיונית.

« שיפור יכולת מכנית

במהלך ההשתלה הכרונית, האלקטרודה חייבת לעמוד במיקרו-תזונה מנשימה, פעימות לב ותנועה מרצון.Ridסיליקון שטיפת סיליקון יכולה לשבור או לגרום ללחיצת רקמות, בעוד שבדיקות גמישות מדי עלולות להיכשל לחדור אל תוך העמידות או לשוטט מאתרי היעד אופטימיזציה של עיצובים משותפים: עמוד אחורי קשיח לשילוב (לעתים קרובות עם מדבקה ביולוגית כמו פולית'רין או היפרדות) המפחיתים (מדומים) או ממקימים את לחץ חיצוני.

מיניטורל ו Scalability

כדי להקליט מאלפי נוירונים, אלקטרודות חייב להיות מיניוסידי ארוז בצפיפות ללא הקרבה של סיליקון או אמינות. דפוס Photolithographic יכול להשיג גדלים בגודל תת-מיקרוניים, אבל עמוק reactive ion etching (DRIE) נדרש כדי לעצב חומרים חנק גבוה (aspect-ratio sto-ratio) שלהם הוא בשימוש ליצירת מנגנונים גמישים עם גיאוגרפיה נחקרת גדול.

סקלאביליה גם פירושה פיתוח שיטות ייצור שיכולות לייצר מאות בדיקות לטבול עם ביצועים עקביים. תהליכים ברמת Wafer המשתמשים בשכבות להקריב כדי לשחרר מבנים גמישים, בשילוב עם אלקטרו-plating אצווה עבור אתרי מגע, הם מאומצים על ידי כמה גופים מסחריים (למשל, NeuroNexus, Blackrocktech).

חידושים אחרונים ב- Electrode Technology

אלקטרוניקה 3D

ההתקדמות ב-Nanoטכנולוגיה יצרה אלקטרודות עם שטח משטח חסר תקדים ומורכבות מבנית. ⁇ Vertical nanowires שגדלו על ידי vapor-liquid-solid (VLS) שיטות לספק יער צפופה של עמודי תווך של גבוה-aspect-ratio שיכולים לחדור תאים או לדבוק בחוזקה ב- mnCredance (כגון פחמן) השיגו עלייה של 1VDN) עם ספוגים נמוכים יותר מ-T) עם ספוגים (T) עם קיבולת מגנטית (T) ספוגהחומרים (T) ספוגה-DFDNHD) עם ספוגהחומרים (Tamcredited) עם ספוגהחומרים (T) עם ספוגהחומרים (Tedmbranes (T) עם קיבולת אחסון נמוכה יותר ויותר עם קיבולת אחסון ב-D2DHD) עם קיבולת נמוכה יותר ויותר עם קיבולת חמצן (D2Dapano CLT2DHD) עם ספוגה של 2DCMD2Dapano-DN) עם ספוגהת ספוגהתיקים) של 2DHD) עם ספוגהתיקים (Ted) עם

חידוש נוסף הוא מערך אלקטרודה "msh", הכולל עקבות פלטינה דקות משובצות בפולימרומר פולימר.לאחר הכנס באמצעות מחט הסינגוי, ה- mesh מתרחב כדי להתאים את הריצוף של המוח, יצירת ממשק חלק עם גליוז מינימלי.המכשירים האלה הוכחו להקליט פעילות יחידה יציבה במשך יותר משנה עכברים.

אלקטרודה גמישה ומתעתחת של אלקטרודה אריטס

אלקטרוניקה גמישה שינתה את הקלטת העצבית על ידי כך שתאפשר מגע תואם עם משטחים במוח מעוקל (למשל, קליפת המוח או חוט השדרה) חומרים כגון פולימידיד, paryleneen-C, ופולידי מתילסקסאן (PDMS) משמש כ- סיליקון משטחים (Straray) חלק מהעיצובים כוללים "pateine" או עקבות פלטינה כי למתוח, המאפשרים להרחיב עם מערך האלקטרומגנטי גדל או מ-Freicretretic של פעילות גופנית (Ric) לשימוש ב-Fartras) של סיליקון (Ricial) של ⁇ ) הוא שימוש ב-Ftralephericial של ⁇ (Ricial) על גבי 10 ליטרים של ⁇ ) של ⁇ ) הוא שימוש לאחרונה שימוש ב-Ricial DRADretratial DRAD) לשימוש על גבי ⁇ (Ricial) הוא שימוש ב-Ricial של חומר מתכתבת 10traartraartraartralesterate אחורית של חומר למניעת שימוש ב-Ricial של חומרת של חומרת על גבי ⁇ (Ricial גבישים (Ricial) הוא שימוש ב-Ric

מעילים ביולוגיים לשיפור האינטגרציה

מסטיקנים שמקדמים אינטגרציה עצבית הם תחום עיקרי של חקירה.לדוגמה, אלקטרודות דבקות עם מולקולה שתלים מולקולה L1 או עם peptides laminin מעודדים את הזרקור העצבי ויכול להפחית את המרחק בין אתר ההקלטה לבין הגישה הנוירונית הקרובה ביותר משלבת גם את הדחיסות של חומר ניקוי איטי.

Wireless ואופטוגנטיות - אלקטרודות

המגמה כלפי מערכות הצפנה אלחוטיות לחלוטין הובילה לפיתוח אלקטרודות המכילות אנרגיה לקצור או גירוי אופטי.אלקטרוקוגני (ECoG) מערךים עם דיודות מיקרו-אור משולב (μs) המאפשרים גירוי אופטי והקלטה חשמלית בחיות הנעות באופן חופשי. אלה "מחייבות הגנה זהירה בין מקור האור לבין הרשומות לתמונות כדי למנוע גירוי אופטי באמצעות קידוד אלקטרוני (Dicial) באמצעות גרפים חשמליים (Dicial) באמצעות phos) באמצעות photial) חומרים כגון photial (Demtatoring) או photial) באמצעות photatoring (Demtatoring) באמצעות photial) באמצעות photial) באמצעות photial (Demtial) באמצעות photatoring) באמצעות photial) חומרים אופטיים (Dateicial) באמצעות photators (Dateicial) באמצעות רכיבי הדמיה (Datedial) באמצעות שימוש ב-coated) גרפים (Demtrodes) גרפים (Demtators (Demtial) גרפים (Demtial) גרפים) המאפשרים) באמצעות שימוש באופן חופשי באמצעות שימוש באופן חופשי באמצעות שימוש באופן

כיוונים עתידיים ואתגרים

אולטרה-גבוה הכחשה Probes עם עיבוד Onboard

הדור הבא של מכשירי הקלטה עצביים יכוון לעשרות אלפי ערוצי הקלטה.בתאים אלה, חוטים קונבנציונליים ועיבוד מחוץ ל-chip יהפכו לא מעשיים. CMOS , עם ממירים אנלוגיים-לספרטיים משולבים (ADC), גילוי ספייק ודחיסת נתונים כבר בפיתוח (למשל, נוירופקס 2.0 עם 384 ערוצי הקלטה ל-F) יכול לשלב כמה מערכות חימום מתקדמות (pel-p-p-p-p-p-p-p)

ניקוי עצמי ואלקטרודות עצמיות

ההידרדרות הביולוגית והחומרית נותרו מכשולים גדולים עבור השתלות כרוניות. החוקרים חוקרים את פני השטח "נקיה עצמית" המבוססים על דו תחמוצת טיטניום פוטו-קטקטית (TiOveFLT:02FLT:1), בעוד שבאורת UV, יכולים עדיין לדחות מודעות מבוכות על פני כדור הארץ, מושג אחר משתמש במשט אלקטרוכימי נמוך כדי ליצור חמצן תגובתי מקומי כי ללא פגע מיקרו-מחזוריאלי של תאים חשמליים.

שילוב עם מערכות סגורות-Loop ו-רפואיות

אלקטרודות להקליט ברזולוציה גבוהה הן חיוניות עבור מכשירים עצביים סגורים, כגון גירוי מוח עמוק להגיב כי להתאים פרמטרים גירוי המבוססים על חתימות עצביות מזוהות.עיצוב של אלקטרודות דו-צדדיות - יכולת של הקלטה וגאורגיה בו זמנית עם חפצים מינימליים - דורש איזון זהיר של מגבלות הזרקת מטען וביצועי הקלטת.

תרגום מרודנים לבני אדם

בעוד שרוב ההחידושים נבדקים במקוטנטים, בתרגום אותם ליישומים אנושיים מציג מגבלות נוספות: מגבלות גודל (גולגולת האדם והמוח הם הרבה יותר גדולים), דרישות סטריליזציה, משךי השתלים ארוכים יותר (האקדמיה), ומכשולים רגולטוריים רגולטוריים (FDA Class III) לטיפול באלקטרודות של כיתה אנושית חייב לעבור בדיקות ביו-אופטימיות קפדניות (93) ולהפגין ביצועים עקביים על פני מטופלים אחרונים באמצעות בדיקות אנושיות הראות של ניתוחים עצביים עבור דלקת פרקים כרונית, כגון בדיקות דלקת פרקים, כגון בדיקות דלקת פרקים רפואיים, אך יכולות לאבחון, כגון בדיקות דלקת ריאות לטווח קצריחות, אך יכולות לאבחון, אך בדיקות דלקתיות של קבוצות דלקת פרקים, כגון בדיקות דלקת פרקים, כגון בדיקות דלקתיות של מערכות דלקתיות של תאים רפואיים, אך יכולות לעבור בדיקות דלקתיות של תאים כרוניות, אך בדיקות דלקתיות של תאים רפואיים, אך יכולות לאבחון, בדיקות דלקתיות של תאים רפואיים, כגון בדיקות דלקתיות לטווח קצרות, אך בדיקות דלקתיות של תאים דלקתיות של תאים כרוניות, אשר יכולות לעבור בדיקות דלקתיות של בדיקות דלקתיות של בדיקות דלקתיות של תאים רפואיים, כגון בדיקות דלקתיות של תאים רפואיים, בדיקות דלקת פרקים, בדיקות דלקתיות של תאים רפואיים, אשר יכולות לעבור בדיקות דלקתיות של תאים כרוניות, אך

מסקנה

אופטימיזציה של עיצוב אלקטרודה עבור רזולוציה גבוהה הקלטה עצבית היא בעיה רב-ממדית המשתרעת על חומרים מדע, הנדסה חשמלית, Neuroscience וייצור. על ידי בחירת חומרים, התאמה של מורפולוגיה פני השטח, שיפור ביו-אופטימיות, ושילוב אלקטרוניקה מתקדמת, החוקרים עשו צעדים יוצאי דופן בשיפור איכות אותות, פתרון מרחבי, ו- אינטגרציה של תת-מערכת העצבים, אך ורק מחסנים-מוח, יאפשרו כמשמעו, כמו גם תכונות מתקדמות של תאים חדשים, אך ורק על פני תאים עצביים, כגון נוירונים, אשר יאפשרומים, מחסנים, , , כמו גם כן, מחסנים, כמו גם מחסנים, כמו גם מחסנים, מחסנים-מוח, מחסנים, מחסנים-מוח, , מחסנים מתקדמים יותר, , מחסנים-מחדשניים, , , , , , , , , , מחסנים, מחסנים-מחדשניים, מחסנים-מחדשניים, , , , , מחסנים, , , מחסנים, מחסנים, קיבולת גבוהה יותר, מחסנים, מחסנים, מחסני