RU2758972C9 - Method for making neuron implants - Google Patents

Method for making neuron implants Download PDF

Info

Publication number
RU2758972C9
RU2758972C9 RU2021106033A RU2021106033A RU2758972C9 RU 2758972 C9 RU2758972 C9 RU 2758972C9 RU 2021106033 A RU2021106033 A RU 2021106033A RU 2021106033 A RU2021106033 A RU 2021106033A RU 2758972 C9 RU2758972 C9 RU 2758972C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrically conductive
implants
conductive
elastomer
conductive paste
Prior art date
Application number
RU2021106033A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2758972C1 (en
Inventor
Павел Евгеньевич Мусиенко
Минев Иван
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет"
Общество с ограниченной ответственностью "НейроПартнер"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", Общество с ограниченной ответственностью "НейроПартнер" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет"
Priority to RU2021106033A priority Critical patent/RU2758972C9/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2758972C1 publication Critical patent/RU2758972C1/en
Publication of RU2758972C9 publication Critical patent/RU2758972C9/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents

Abstract

FIELD: medicine.SUBSTANCE: invention relates to medicine, more precisely to neurosurgery and neurology, and is intended for use in neurorehabilitation of patients with neurological diseases of various etiology using implants. To make neutron implants, a tensile layer of insulating material is created, and a tensile conductive pathway is formed on the said layer. Encapsulation of at least one of the above-mentioned conductive paths is carried out by means of an encapsulating layer containing at least one through hole. The hole is filled with an electrically conductive material, conductive paste to predetermined areas of the conductive path is applied. An electrically conductive element is inserted into a ball of electrically conductive paste. The electrical device is filled with a viscous elastomer, and the said elastomer is cured. The tensile layer with conductive paths is made by 3D printing, which includes extrusion of a non-flowing silicone elastomer, polymerization and plasma activation of the surface. The application of electrical channels is carried out by means of inkjet printing using ink in which platinum microparticles are suspended in a viscous solvent. The attachment of flexible metal wires to the contact pads is carried out by the method for point extrusion of the conductive paste, after which the flowing silicone is applied. A suspension of platinum microparticles with a diameter of 0.2-1.8 mcm in triethylene glycol monomethyl ether is used as ink.EFFECT: method allows to expand the range of implants in order to obtain more reliable neuroprostheses, provides stable behavior during stretching in the physiological range of elastic deformation, maintains electrical functionality when exposed to physiologically significant stretches and after long deformation cycles.2 cl, 5 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к медицине, точнее, к нейрохирургии и неврологии, и может найти применение для нейрореабилитации больных с неврологическими заболеваниями различной этиологии с помощью имплантов.The invention relates to medicine, more precisely, to neurosurgery and neurology, and can be used for neurorehabilitation of patients with neurological diseases of various etiologies using implants.

Под имплантатами понимают - медицинские устройства, изготовляемые с целью замены утраченных биологических функций, поддержки поврежденных тканей и расширения возможностей существующих органов. При этом поверхность имплантатов, контактирующая с биологическими тканями, должна состоять из биомедицинского материала с целью лучшей приживаемости в тканях. В некоторых случаях имплантаты содержат электронные устройства, например, искусственные кардиостимуляторы и кохлеарные имплантаты. В частности, кохлеарные имплантаты могут восстанавливать слух у глухих детей, глубокая стимуляция головного мозга облегчает симптомы паркинсонизма, а нейромодуляция спинного мозга ослабляет хроническую невропатическую боль.Implants are understood as medical devices manufactured to replace lost biological functions, support damaged tissues and expand the capabilities of existing organs. In this case, the surface of implants in contact with biological tissues should consist of a biomedical material in order to better survival in tissues. In some cases, the implants contain electronic devices such as artificial pacemakers and cochlear implants. In particular, cochlear implants can restore hearing in deaf children, deep brain stimulation alleviates symptoms of parkinsonism, and neuromodulation of the spinal cord relieves chronic neuropathic pain.

В настоящее время особый интерес представляют нейрональные импланты, позволяющие проводить стимуляцию и регистрацию потенциалов центральной нервной системы. Это связано с тем, что согласно данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно в мире до 500000 человек получают повреждение спинного мозга. Это зачастую сопровождается тяжелыми расстройствами сенсомоторных и висцеральных функций, что имеет существенные негативные социальные и экономические последствия.Currently, neuronal implants are of particular interest, allowing stimulation and recording of the potentials of the central nervous system. This is due to the fact that, according to the World Health Organization, up to 500,000 people in the world annually suffer spinal cord injury. This is often accompanied by severe disorders of sensorimotor and visceral functions, which has significant negative social and economic consequences.

Использование таких имплантов основывается на возможности искусственного управлении и тренировки нейронных сетей спинного мозга, которые осуществляют контроль сенсомоторных функций и могут генерировать локомоторные паттерны. [Nature Neuroscience 12, 10 (2009), pages 1333-U167].The use of such implants is based on the possibility of artificial control and training of spinal cord neural networks that control sensorimotor functions and can generate locomotor patterns. [Nature Neuroscience 12, 10 (2009), pages 1333-U167].

Большинство известных нейрональных имплантов представляют собой матрицы из нескольких металлических микроэлектродов, закрепленных на биосовместимой полимерной основе (обычно полисилоксановой, полиимидной или париленовой). Такие устройства, обладая высокой гибкостью, могут быть установлены на различные участки нервных тканей, вызывая при этом минимальный воспалительный ответ.Most known neuronal implants are matrices of several metal microelectrodes fixed on a biocompatible polymer base (usually polysiloxane, polyimide, or parylene). Such devices, having high flexibility, can be installed on various parts of the nervous tissue, while causing a minimal inflammatory response.

Так известен нейрональный имплант (Spinal stimulator systems for restoration of function) [US 9409023], представляющий собой плоский массив металлических каналов, заключенный между двумя слоями биосовместимого полимера (парилена). Имплант может использоваться для электростимуляции в целях нейрореабилитации при травмах спинного мозга. К недостаткам импланта можно отнести применение слоев париленов, которые обладают достаточно высокой жесткостью (модуль упругости около 4 ГПа) и использование металлических проводников, что обуславливает достаточную жесткость конструкции, которая, в свою очередь, при контакте с подвижными тканями (например, мышечными или тканями спинного мозга) приводит к микротравмам, потере контакта или выходу импланта из строя. Поэтому предпочтительными являются мягкие нейрональные импланты, изготовленные из проводящих полимерных композитов, физико-механические свойства которых ближе к таковым свойствам тканей организма (в частности, по модулю упругости (модулю Юнга), который для тканей спинного мозга составляет по различным оценкам 0,25-0,60 МПа.So known neuronal implant (Spinal stimulator systems for restoration of function) [US 9409023], which is a flat array of metal channels enclosed between two layers of biocompatible polymer (parylene). The implant can be used for electrical stimulation for neurorehabilitation of spinal cord injuries. The disadvantages of the implant include the use of layers of parylenes, which have a sufficiently high rigidity (elastic modulus of about 4 GPa) and the use of metal conductors, which leads to sufficient rigidity of the structure, which, in turn, when in contact with mobile tissues (for example, muscle or tissues of the spinal brain) leads to microtrauma, loss of contact or failure of the implant. Therefore, soft neuronal implants made of conductive polymer composites are preferable, the physical and mechanical properties of which are closer to those of body tissues (in particular, in terms of elasticity modulus (Young's modulus), which for spinal cord tissues is, according to various estimates, 0.25-0 .60 MPa.

Известен нейрональный имплант для спинного мозга [WO 2011157714 А1], выполненный в виде пластины из 3х слоев материала, контактной площадки и электрода, при этом первый и третий слои пластины выполнены из непроводящего полисилоксана между которыми заключены электропроводящие каналы из композита полисилоксана и металлических наночастиц. Указанное устройство представляет собой многослойную конструкцию, в которой электропроводящие каналы наряду с каналами для подачи фармакологических растворов заключены между двумя слоями гибкого и эластичного полидиметилсилоксана. В определенных необходимых точках на поверхности изолирующего слоя над электропроводящими каналами проделаны глухие отверстия, заполненные композиционным материалом полисилоксан - наночастицы металлов; таким образом создается электрический контакт между материалом электропроводящего канала и биологической средой. С противоположной стороны электропроводящие каналы подключены к металлическим проводам через промежуточные шарики (болюсы) проводящей пасты для подключения к внешнему электронному устройству. Однако указанный имплант не лишен недостатков, в частности, использование промежуточного электропроводящего композиционного материала между поверхностной контактной точкой и электропроводящим каналом снижает механическую устойчивость устройства к циклическим знакопеременным нагрузкам, возникающим при эксплуатации импланта.A neuronal implant for the spinal cord is known [WO 2011157714 A1], made in the form of a plate of 3 layers of material, a contact pad and an electrode, while the first and third layers of the plate are made of non-conductive polysiloxane between which electrically conductive channels are made of a composite of polysiloxane and metal nanoparticles. This device is a multilayer structure in which the electrically conductive channels along with the channels for supplying pharmacological solutions are enclosed between two layers of flexible and elastic polydimethylsiloxane. At certain necessary points on the surface of the insulating layer above the electrically conductive channels, blind holes were made, filled with a composite material polysiloxane - metal nanoparticles; thus creating an electrical contact between the material of the electrically conductive channel and the biological environment. On the opposite side, electrically conductive channels are connected to metal wires through intermediate balls (boluses) of conductive paste for connection to an external electronic device. However, this implant is not without drawbacks, in particular, the use of an intermediate electrically conductive composite material between the surface contact point and the electrically conductive channel reduces the mechanical resistance of the device to cyclic alternating loads that occur during implant operation.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ изготовления нейрональных имплантов [US 2018001081], включающий: обеспечение растягивающегося слоя из изоляционного материала; формирование на указанном слое растягивающегося проводящего пути; инкапсулирование указанного по меньшей мере одного токопроводящего пути посредством инкапсулирующего слоя, содержащего по меньшей мере одно сквозное отверстие, обнажая по меньшей мере одну часть упомянутого проводящего пути и заполнения упомянутого по меньшей мере одного отверстия проводящим материалом, нанесение мягкой и проводящей пасты или материала на заранее определенные области проводящего пути, и вставку первого концевого участка проводящего элемента в шарик из мягкой проводящей пасты или материала, заполнение электрического устройства вязким эластомером, отверждение указанного эластомера с целью его полимеризации, формируя таким образом электроизоляционную упаковку. Пассивирующий или инкапсулирующий слой может быть силиконовым слоем, нанесенным методом центрифугирования и отвержденным. Результирующая структура представляет собой должным образом пассивированный массив проводящих путей, в конечном итоге сформированный на растягиваемом слое, в котором переходные отверстия уже заполнены проводящим материалом. При этом проводящий материал представляет собой смесь наночастиц платины и силикона. Недостатком способа является сложная технология получения и недостаточная устойчивость при многократных разнонаправленных деформациях.The closest analogue to the claimed invention is a method for manufacturing neuronal implants [US 2018001081], including: providing a stretchable layer of insulating material; the formation on the specified layer of the stretching conductive path; encapsulating said at least one conductive path with an encapsulating layer containing at least one through hole, exposing at least one part of said conductive path and filling said at least one hole with a conductive material, applying a soft and conductive paste or material to predetermined the conductive path region, and inserting the first end portion of the conductive member into a ball of soft conductive paste or material, filling the electrical device with a viscous elastomer, curing said elastomer to polymerize, thereby forming an electrically insulating package. The passivating or encapsulating layer may be a spin-applied and cured silicone layer. The resulting structure is a properly passivated array of conductive paths, eventually formed on a stretchable layer in which the vias are already filled with conductive material. In this case, the conductive material is a mixture of platinum and silicone nanoparticles. The disadvantage of this method is the complex production technology and lack of stability with multiple multidirectional deformations.

Технической задачей являлось расширение номенклатуры имплантов с целью получения более надежных нейропротезов. Поставленная задача решалась созданием технологии, получившей условное наименование NeuroPrint.The technical task was to expand the range of implants in order to obtain more reliable neuroprostheses. The task was solved by creating a technology that received the code name NeuroPrint.

Технический результат достигался за счет выполнения растягивающегося слоя с проводящими путями методом 3D печати, включающей в себя экструзию нетекучего силиконового эластомера, полимеризацию и плазменную активации поверхности, нанесение по крайней мере одного электрического канала посредством струйной печати с использованием чернил, в которых микрочастицы платины суспензированы в вязком растворителе, прикрепление гибких металлических проводов к контактным площадкам методом точечной экструзии электропроводящей пасты, и нанесение текучего силикона.The technical result was achieved by making a stretchable layer with conductive paths by 3D printing, which includes extrusion of a non-flowing silicone elastomer, polymerization and plasma activation of the surface, deposition of at least one electrical channel by inkjet printing using ink in which platinum microparticles are suspended in a viscous solvent, attaching flexible metal wires to pads by spot extrusion of electrically conductive paste, and applying flowable silicone.

Оптимальным является использовать в качестве чернил суспензию микрочастиц платины (диаметром 0,2-1,8 мкм) в триэтиленгликоле монометилового эфира.It is optimal to use a suspension of platinum microparticles (diameter 0.2-1.8 μm) in triethylene glycol of monomethyl ether as an ink.

Имплант работает следующим образом. Электродные арреи передают сигналы как от электрогенных тканей, так и к ним, через рассредоточенные контактные площадки и межсоединения, встроенные в изолирующий матрикс. Для их изготовления применяли мультикомпонентную печать с использованием эластичных и биосовместимых материалов. Изолирующий матрикс сначала структурируется путем экструзии нетекучего силиконового эластомера, например, SE 1700; DowCorning. Это определяет общую геометрию электродной решетки, а также положения участков контактных площадок (фиг. 1a (i), (ii)) и путей межсоединений (фиг. 1а (iii)). После полимеризации и плазменной активации поверхности аррей готов к нанесению электрических каналов посредством струйной печати. В качестве чернил использовали суспензию микрочастиц платины (диаметром 0,2-1,8 мкм) в вязком растворителе, например, триэтиленгликоле монометилового эфира (TGME), при последующем испарении которого образуется плотный платиновый концентрат в форме желаемого электрического проводника (фиг. 1a (iv)). Затем формируются интерфейсы для внешней электроники путем прикрепления гибких металлических проводов к контактным площадкам методом точечной экструзии электропроводящей пасты (фиг. 1a (v)). На заключительном этапе наносится текучий силикон, например, полидиметилсилоксан (PDMS; SYLGARD 184; DowCorning), чтобы сформировать конформное непроницаемое соединение со структурой (фиг. 1a (vi)). Благодаря низкому поверхностному натяжению PDMS проникает в промежутки между частицами в платиновом концентрате, образуя композитный материал in situ.The implant works as follows. The electrode arrays transmit signals both from and to electrogenic tissues via dispersed pads and interconnects embedded in the insulating matrix. For their manufacture, multi-component printing was used using elastic and biocompatible materials. The insulating matrix is first structured by extrusion of a non-flowable silicone elastomer, eg SE 1700; Dow Corning. This determines the overall geometry of the electrode array, as well as the positions of the pad sections (FIGS. 1a(i), (ii)) and interconnect paths (FIGS. 1a(iii)). After polymerization and plasma activation of the surface, the array is ready for the application of electrical channels by means of inkjet printing. The ink used was a suspension of platinum microparticles (diameter 0.2-1.8 µm) in a viscous solvent, for example, triethylene glycol monomethyl ether (TGME), upon subsequent evaporation of which a dense platinum concentrate is formed in the form of the desired electrical conductor (Fig. 1a (iv )). The interfaces for the external electronics are then formed by attaching flexible metal wires to the pads by spot extrusion of an electrically conductive paste (Fig. 1a(v)). In the final step, a flowable silicone such as polydimethylsiloxane (PDMS; SYLGARD 184; DowCorning) is applied to form a conformal impermeable bond with the structure (FIG. 1a(vi)). Due to its low surface tension, PDMS penetrates into the interstices between the particles in the platinum concentrate, forming the composite material in situ.

Заявляемый способ отличается от аналогов, где проводник и эластомер сначала смешиваются в пасту, а затем печатаются. Преимущество такого подхода заключается в том, что проводящие частицы в концентрате образуют перколяционную сеть до инфузии PDMS. Массовая доля платины в композите составляет около 80%. В результате полимеризации силикона получается композитный материал с удельным сопротивлением (9,8±1,5)×10-5 Ом⋅м (n=4), который выдерживает повторяющиеся циклы деформации растяжения.The inventive method differs from analogues, where the conductor and elastomer are first mixed into a paste and then printed. The advantage of this approach is that the conductive particles in the concentrate form a percolation network prior to PDMS infusion. The mass fraction of platinum in the composite is about 80%. As a result of polymerization of silicone, a composite material with a specific resistance of (9.8±1.5)×10 -5 Ohm⋅m (n=4) is obtained, which withstands repeated cycles of tensile deformation.

Такой подход к гибридной печати приводит к минимальным отходам, поскольку проводящий концентрат наносится с высокой точностью только там, где требуется проводимость. Это облегчает использование относительно дорогих металлов, таких как платина, там где требования к биосовместимости ограничивают диапазон доступных материалов. Наряду с платиной, возможно использовать с худшими результатами более дешевые проводящие материалы (серебряные нанопроволоки, углеродные нанотрубки и др.).This approach to hybrid printing results in minimal waste because the conductive concentrate is applied with high precision only where conductivity is required. This facilitates the use of relatively expensive metals such as platinum where biocompatibility requirements limit the range of materials available. Along with platinum, it is possible to use cheaper conductive materials (silver nanowires, carbon nanotubes, etc.) with worse results.

В интегрированных арреях NeuroPrint электрический контакт с тканями облегчается в местах, где частицы платины достигают поверхности. Разработанный процесс формирования композитных материалов in situ позволяет печатать электродные арреи произвольной планарной топологии с мезомасштабной плотностью интеграции.In NeuroPrint's integrated arrays, electrical contact with tissue is facilitated where the platinum particles reach the surface. The developed process of in situ formation of composite materials makes it possible to print electrode arrays of arbitrary planar topology with a mesoscale integration density.

Преимуществами заявляемой технологии NeuroPrint является использование набора силиконов и композитов, которые гарантируют, что общее стресс-деформационное поведение арреев остается сопоставимым с поведением мягких тканей, таких как твердая мозговая оболочка, периферические нервы или мышцы. При этом арреи NeuroPrint демонстрируют стабильное поведение при растяжении в физиологическом диапазоне упругой деформации, сохраняют электрическую функциональность при воздействии физиологически значимых растяжений и после длительных циклов деформации.The advantage of the claimed NeuroPrint technology is the use of a set of silicones and composites that ensure that the overall stress-strain behavior of the arrays remains comparable to that of soft tissues such as the dura mater, peripheral nerves or muscles. At the same time, NeuroPrint arrays demonstrate stable behavior during stretching in the physiological range of elastic deformation, retain electrical functionality when exposed to physiologically significant stretching and after long cycles of deformation.

Благодаря своей простой конструкции электроды NeuroPrint устраняют необходимость в обработке чистых помещений и разработке специальных моделей и инструментов для изготовления, которые обычно используются для производства нейрональных сенсоров. Типичное время производства от проектной спецификации до готового прототипа может составлять всего 24 часа, что позволяет производить индивидуальные имплантаты по запросу.With their simple design, NeuroPrint electrodes eliminate the need for cleanroom processing and the development of special patterns and fabrication tools that are commonly used to manufacture neuronal sensors. Typical production time from design specification to finished prototype can be as little as 24 hours, allowing custom implants to be produced on demand.

Монолитная внутренняя структура в сочетании с механической эластичностью обеспечивает устойчивость к механической деформации и эффективную передачу электрического сигнала от нейрональных структур при хронической имплантации. Электромеханические свойства имплантатов сделали возможным их биоинтеграцию в долгосрочных экспериментах in vivo, что указывает на их потенциальное применение в различных областях трансляционной биомедицины, включая нейропротезирование и нейрокомпьютерные интерфейсы.The monolithic internal structure, combined with mechanical elasticity, provides resistance to mechanical deformation and efficient transmission of electrical signals from neuronal structures during chronic implantation. The electromechanical properties of the implants made possible their biointegration in long-term in vivo experiments, which indicates their potential application in various fields of translational biomedicine, including neuroprosthetics and brain-computer interfaces.

Промышленная применимость заявляемого изобретения иллюстрируется следующими примерами и графическими материалами.The industrial applicability of the claimed invention is illustrated by the following examples and drawings.

На фиг. 1 показана схема печати и характеристики планарных электродных арреев.In FIG. 1 shows the printing scheme and characteristics of planar electrode arrays.

a, Схема (слева) и оптические микрофотографии (справа) каждого этапа в процессе гибридной печати. (i) Определены положения активных центров электродов. Зигзагообразная линия в середине определяет решетчатый паттерн - конструктивную особенность, которая способствует диффузии промежуточных жидкостей через имплант. (ii) Активация плазмой применяется для улучшения смачиваемости поверхности. (iii) Напечатаны бортики для ограничения распространения платиновой суспензии. (iv) Жидкая суспензия микрочастиц платины наносится с помощью струйной печати. Для монтирования коннектора печатаются методом экструзии направляющие для проводов (силикон; SE 1700) и токопроводящая паста (ЕРО-TEK H27D, часть A). (v) Провода для подключения к электронике вставляются в направляющие вручную. (vi) Печатается заключительное непроницаемое соединение из PDMS с низкой вязкостью (SYLGARD 184). (vii) После термической полимеризации готовый электродный массив отделяется от печатной основы и переворачивается. Масштабная метка 1 мм.a, Schematic (left) and optical micrographs (right) of each step in the hybrid printing process. (i) The positions of the active centers of the electrodes were determined. The zigzag line in the middle defines the lattice pattern, a design feature that facilitates the diffusion of interstitial fluids through the implant. (ii) Plasma activation is used to improve surface wettability. (iii) Borders are printed to limit the spread of the platinum slurry. (iv) A liquid suspension of platinum microparticles is applied by inkjet printing. To mount the connector, wire guides (silicone; SE 1700) and conductive paste (EPO-TEK H27D, part A) are extruded. (v) The wires for connecting to the electronics are inserted into the guides by hand. (vi) A final low viscosity PDMS seal (SYLGARD 184) is printed. (vii) After thermal polymerization, the finished electrode array is separated from the printed substrate and turned over. Scale mark 1 mm.

b. микрофотографии со сканирующего электронного микроскопа участка контакта (вид сверху) при малом (i) и высоком (ii) увеличении. (iii) Поперечный срез аррея иллюстрирует заключенное межсоединениеи контактный участок. Основное изображение показывает, какие части устройства показаны на микрофотографиях.b. micrographs from a scanning electron microscope of the contact area (top view) at low (i) and high (ii) magnification. (iii) Cross section of the array illustrating the enclosed interconnect and contact area. The main image shows which parts of the device are shown in the photomicrographs.

c. сравнение поведения эксплантатов различных мягких тканей при растяжении и деформации с арреем NeuroPrint. Данные для биологических тканей были взяты из Noortetal. 20, Kwanetal. 21 и Calvoetal. 22.c. comparison of the behavior of explants of various soft tissues under tension and deformation with the NeuroPrint array. Data for biological tissues were taken from Noortetal. 20, Kwanetal. 21 and Calvoetal. 22.

d. реакция на растяжение и деформацию типичного аррея NeuroPrint, подвергшегося циклической одноосной деформации. Пять последовательных циклов деформации были выполнены для каждой из пиковых степеней растяжения 10% (красный), 20% (синий) и 50% (черный). Для с и d длина испытываемой части аррея составляла 10 мм, а скорость удлинения составляла 0,1 мм/с.d. response to stretching and deformation of a typical NeuroPrint array subjected to cyclic uniaxial deformation. Five successive strain cycles were performed for each of the peak stretch rates of 10% (red), 20% (blue), and 50% (black). For c and d, the length of the test portion of the array was 10 mm and the elongation rate was 0.1 mm/s.

На фиг. 2 показана нейромодуляция локомоторных сетей с использованием технологии NeuroPrint.In FIG. 2 shows neuromodulation of locomotor networks using NeuroPrint technology.

а. Варианты использования на модели децеребрированной кошки, включая стимуляцию спинного мозга (SCS, spinal cord stimulation), регистрацию поперечнополосатых мышц конечностей и гладких мышц детрузора, записи электроспиннограммы, стимуляцию периферических нервов. b. локализация стимуляции спинного мозга и корешков (S1-S3; 5 Гц; 0,2 мс). с. Локомоторная активность, вызванная у децеребрированной кошки. Наблюдается реципрокная активация мышц сгибателей и разгибателей и скоординированные движения задних конечностей. Mtp, плюснефаланговый сустав; HL, задняя конечность; L, слева; R, справа. d-f. Электрическая стимуляция в рострокаудальных и медиолатеральных участках вызвала различные паттерны активации мышц задних конечностей во время цикла шага (n=4 кошки, среднее значение ± ошибка среднего). Средние ректифицированные сигналы от активности мышц сгибателей левого бедра и подвздошно-поясничной мышцы во время фазы опоры и переноса (заштрихованные области представляют 1 s.e.) (d), средняя амплитуда и площадь (площадь под кривой) по отношению к ипсилатеральной стимуляции (е) показывают, что электроды слева (ипсилатеральные по отношению к мышце) вызывали более сильные локомоторные импульсы во время фазы переноса, а более ростральная локализация стимуляции (f) (над сегментами спинного мозга и корешками S1-S3) увеличивало активность мышцы. Значимость е-f определялась парным двусторонним t-критерием.a. Use cases in the decerebrated cat model, including spinal cord stimulation (SCS), striated limb and detrusor smooth muscle recording, electrospinogram recording, peripheral nerve stimulation. b. localization of stimulation of the spinal cord and roots (S1-S3; 5 Hz; 0.2 ms). with. Locomotor activity evoked in a decerebrated cat. There is reciprocal activation of the flexor and extensor muscles and coordinated movements of the hind limbs. Mtp, metatarsophalangeal joint; HL, hind limb; L, left; R, right. d-f. Electrical stimulation at the rostrocaudal and mediolateral sites elicited different patterns of hindlimb muscle activation during the gait cycle (n=4 cats, mean ± error of mean). Mean rectified signals from left hip flexor and iliopsoas muscle activity during the stance and swing phase (shaded areas represent 1 s.e.) (d), mean amplitude and area (area under the curve) relative to ipsilateral stimulation (e) show that the electrodes on the left (ipsilateral to the muscle) elicited stronger locomotor impulses during the transfer phase, and that a more rostral stimulation location (f) (above the spinal cord segments and roots S1-S3) increased muscle activity. The significance of e-f was determined by a paired two-tailed t-test.

На фиг. 3 показана активация и мониторинг нервно-мышечной системы с помощью технологии NeuroPrint. а-е, Смешанная стимуляция седалищного нерва (1 Гц; 0,2 мс), регистрация ESG и ЭМГ в медиальной икроножной мышце обеспечили многоуровневый доступ к сенсомоторной системе (n=5 кошек; среднее ± s.e.).In FIG. 3 shows activation and monitoring of the neuromuscular system using NeuroPrint technology. a-f, Mixed sciatic nerve stimulation (1 Hz; 0.2 ms), recording ESG and EMG in the medial gastrocnemius muscle provided multilevel access to the sensorimotor system (n=5 cats; mean ± s.e.).

a. волнообразные сигналы, генерируемые последовательным набором быстропроводящих проприоцептивных, сенсорных и моторных волокон седалищного нерва.a. wave-like signals generated by a sequential set of fast-conducting proprioceptive, sensory and motor fibers of the sciatic nerve.

b. амплитуда контралатеральных коротколатентных вызванных потенциалов ESG по отношению к ипсилатеральным потенциалам, вызванным стимуляцией седалищного нерва.b. amplitude of contralateral short-latency ESG evoked potentials relative to ipsilateral potentials evoked by sciatic nerve stimulation.

c. латентность вызванных потенциалов в ESG зависит от ростро-каудального положения записывающего электрода.c. the latency of evoked potentials in ESG depends on the rostro-caudal position of the recording electrode.

d. латентности, наблюдаемые в различных точках регистрации, показывают прямые (Ia ESG и ЭМГ моторных волокон) и моносинаптические (Ia EMG) ответы на стимуляцию седалищного нерва.d. The latencies observed at various registration points show direct (Ia ESG and motor fiber EMG) and monosynaptic (Ia EMG) responses to sciatic nerve stimulation.

e. Активация седалищного нерва обнаруживает классическое подавление Н-волны М-волной.e. Activation of the sciatic nerve reveals the classic suppression of the H-wave by the M-wave.

f. активность детрузора, регистрируемая электродами NeuroPrint во время уродинамического тестирования (повышенную активность детрузора можно наблюдать после вливания физиологического раствора в мочевой пузырь кошки).f. detrusor activity recorded by NeuroPrint electrodes during urodynamic testing (increased detrusor activity can be observed after infusion of saline into the cat's bladder).

g. ЭСМ и регистрация ЭМГ двух мышц спины (ростральной и каудальной) демонстрируют способность мягких электродов получать доступ к плавательной сети в модели рыб DanioRerio.g. ESM and EMG recording of two back muscles (rostral and caudal) demonstrate the ability of soft electrodes to access the swimming net in the DanioRerio fish model.

На фиг. 4 показана биоинтеграция электродных матриц NeuroPrint.In FIG. 4 shows the biointegration of NeuroPrint electrode arrays.

a. Схема поперечного среза спинного мозга с имплантатом NeuroPrint, помещенным в субдуральное пространство, нейронная сеть и глиальные клетки в непосредственной близости от платинового электрода PDMS.a. Scheme of a cross section of the spinal cord with a NeuroPrint implant placed in the subdural space, neural network and glial cells in close proximity to the platinum PDMS electrode.

b-f. - Иммуногистохимическая оценка нейровоспаления через 8 недель после имплантации, гдеb-f. - Immunohistochemical assessment of neuroinflammation 8 weeks after implantation, where

b. поперечные срезы ткани спинного мозга, расположенной под имплантатами.b. transverse sections of the spinal cord tissue located under the implants.

c. профили репрезентативных срезов спинного мозга после имитации операции и имплантации NeuroPrint.c. profiles of representative slices of the spinal cord after simulated surgery and NeuroPrint implantation.

d. Нормализованная оптическая плотность микроглии на срезах спинного мозга, меченных наночастицами золота, конъюгированными с антителом Iba-1.d. Normalized optical density of microglia on sections of the spinal cord labeled with gold nanoparticles conjugated with the Iba-1 antibody.

e. репрезентативный фрагмент среза, содержащий окрашенную микроглию (слева) и график общего количества подсчитанных вручную глиальных клеток на срез (справа).e. representative section fragment containing stained microglia (left) and a graph of the total number of manually counted glial cells per section (right).

f. относительная площадь (слева) и оптическая плотность (справа) пикселей, принадлежащих глиальным клеткам.f. relative area (left) and optical density (right) of pixels belonging to glial cells.

g-i. - количественная оценка двигательных нарушений через 8 недель после имплантации, гдеg-i. - quantitative assessment of movement disorders 8 weeks after implantation, where

g. Схематичное изображение ходьбы по горизонтальной лесенке для оценки управления моторикой задних конечностей.g. Schematic representation of walking on a horizontal ladder to assess hindlimb motor control.

h. средний процент промахов от общего количества шагов, усредненный для всех животных и испытаний (n=8 испытаний на одну крысу; n=4 крысы на группу; среднее значение ± s.e.).h. mean percentage of misses of total steps averaged across all animals and trials (n=8 trials per rat; n=4 rats per group; mean ± s.e.).

i. максимальная скорость ленты тредбана, при которой крысы могли стабильно бежать (n=8 попыток на одну крысу; n=4 крысы на группу; среднее значение ± s.e.).i. maximum treadmill speed at which rats could run stably (n=8 attempts per rat; n=4 rats per group; mean ± s.e.).

j-k, вид крысы на тредбане сбоку. Красная точка указывает положение плюсны, которое использовалось для анализа высоты подъема стопы (k).j-k, side view of a rat on a treadmill. The red dot indicates the position of the metatarsus that was used to analyze the height of the instep (k).

l-n - постуральное равновесие и координация во время ходьбы через 8 недель после имплантации у имплантированных и ложно оперированных крыс, гдеl-n - postural balance and coordination during walking 8 weeks after implantation in implanted and sham-operated rats, where

l. вид крысы на тредбане сзади. Красные и синие точки указывают смещения таза (m) и латеральные положения стопы (n) соответственно.l. rear view of a rat on a treadmill. Red and blue dots indicate pelvic displacements (m) and lateral foot positions (n), respectively.

о. Отпечатки лап во время ходьбы, показывающий положение задних и передних конечностей снизу, для измерения тонких аспектов локомоторного контроля по ровной поверхности.about. Paw prints during walking, showing the position of the hind and fore limbs from below, to measure the finer aspects of locomotor control on level ground.

p-q. длительность цикла шага (р) и длина шага (q) у имплантированных и ложно оперированных животныхp-q. stride cycle duration (p) and stride length (q) in implanted and sham-operated animals

На фиг. 5 показана функциональная стабильность электродных матриц NeuroPrint.In FIG. 5 shows the functional stability of NeuroPrint electrode arrays.

а-h. Оценка функциональной стабильности имплантата через 6-8 недель после имплантации, гдеa-h. Evaluation of the functional stability of the implant 6-8 weeks after implantation, where

a. Модуль импеданса электродов, измеренный при 1 кГц (n=14 всего электродов на четырех крысах), записанный in vitro, сразу после хирургической имплантации (при интраоперационном тестировании), а затем еженедельно (среднее значение ± s.e.).a. Electrode impedance modulus measured at 1 kHz (n=14 total electrodes in four rats), recorded in vitro, immediately after surgical implantation (in intraoperative testing), and then weekly (mean ± s.e.).

b. Динамика порогового значения тока (нормированного) для вызванных потенциалов в медиальном разгибателе икроножной мышцы (n=4 крысы; средние значения ± s.e.).b. Dynamics of threshold current (normalized) for evoked potentials in the medial gastrocnemius extensor (n=4 rats; mean values ± s.e.).

c. Типичная форма вызванного потенциала при регистрации ЭМГ в медиальном разгибателе икроножной мышцы, в ответ на стимуляцию спинного мозга на 1, 4 и 7 неделе.c. A typical form of the evoked potential during EMG recording in the medial extensor of the gastrocnemius muscle in response to spinal cord stimulation at 1, 4 and 7 weeks.

d. Спектральная плотность мощности ESG во время стояния и ходьбы (n=4 крысы; среднее ± s.e.). HFB, высокочастотный диапазон; LFB, низкочастотный диапазон.d. ESG power spectral density during standing and walking (n=4 rats; mean ± s.e.). HFB, high frequency range; LFB, low frequency range.

e. Пороги активации мышц при стимуляции (1 Гц; 0,3 мс) различных участков спинного мозга. Показано соотношение ипсилатеральной к контралатеральной и каудальной (S1) к ростральной (L3) стимуляции (n=4 крысы; среднее значение ± s.e.).e. Thresholds of muscle activation during stimulation (1 Hz; 0.3 ms) of various parts of the spinal cord. The ratio of ipsilateral to contralateral and caudal (S1) to rostral (L3) stimulation is shown (n=4 rats; mean ± s.e.).

f. имплантаты NeuroPrint, расположенные над сенсомоторной корой головного мозга и в икроножных мышцах задних конечностей.f. NeuroPrint implants located above the sensorimotor cortex and in the gastrocnemius muscles of the hind limbs.

g. слева: электрокортикографические записи соматосенсорных потенциалов, вызванных контралатеральной (сверху) и ипсилатеральной (снизу) стимуляцией икроножной мышцы. Латентность и амплитуда сигналов представлены на средней и правой панелях соответственно (n=5 крыс; среднее ± s.e.).g. Left: Electrocorticographic recordings of somatosensory potentials evoked by contralateral (top) and ipsilateral (bottom) stimulation of the gastrocnemius muscle. Signal latency and amplitude are presented in the middle and right panels, respectively (n=5 rats; mean ± s.e.).

h, слева: электромиографические записи в медиальной икроножной мышце (ипсилатеральной и контралатеральной) потенциалов, вызванных стимуляцией моторной коры. В центре: латентность сигналов, зарегистрированных в ипсилатеральной и контралатеральной медиальной икроножной мышце. Справа: доля импульсов стимуляции, которые вызвали реакцию (стабильность) в икроножных мышцах medialis (n=5 крыс; среднее значение ± s.e.). a.u., условные единицы.h, left: Electromyographic recordings in the medial gastrocnemius (ipsilateral and contralateral) potentials elicited by stimulation of the motor cortex. Center: latency of signals recorded in the ipsilateral and contralateral medial gastrocnemius muscles. Right: Proportion of stimulation pulses that elicited a response (stability) in the medialis gastrocnemius muscles (n=5 rats; mean ± s.e.). a.u., conventional units.

ПРИМЕР 1, Получение имлантов осуществляют по схеме, приведенной на фиг. 1. Для их изготовления применили мультикомпонентную печать с использованием эластичных и биосовместимых материалов. Изолирующий матрикс сначала структурируется путем экструзии нетекучего силиконового эластомера, такого, например, как SE 1700; DowCorning. Это определяет общую геометрию электродной решетки, а также положения участков контактных площадок (фиг. 1a (i), (ii)) и путей межсоединений (фиг. 1а (iii)). После полимеризации и плазменной активации поверхности аррей готов к нанесению электрических каналов посредством струйной печати. При печати используют чернила, в которых микрочастицы платины (диаметром 0,2-1,8 мкм) суспензированы в триэтиленгликоле монометилового эфира (TGME), при последующем испарении которого образуется плотный платиновый концентрат в форме желаемого электрического проводника (фиг. 1a (iv)). Затем формируют интерфейсы для внешней электроники путем прикрепления гибких металлических проводов к контактным площадкам методом точечной экструзии электропроводящей пасты (фиг. 1a (v)). На заключительном этапе наносится текучий силикон, например, полидиметилсилоксан (PDMS; SYLGARD 184; DowCorning), чтобы сформировать конформное непроницаемое соединение со структурой. Благодаря низкому поверхностному натяжению PDMS проникает в промежутки между частицами в платиновом концентрате, образуя композитный материал in situ.EXAMPLE 1 Obtaining implants is carried out according to the scheme shown in Fig. 1. For their manufacture, multi-component printing was used using elastic and biocompatible materials. The insulating matrix is first structured by extrusion of a non-flowing silicone elastomer, such as, for example, SE 1700; Dow Corning. This determines the overall geometry of the electrode array, as well as the positions of the pad sections (FIGS. 1a(i), (ii)) and interconnect paths (FIGS. 1a(iii)). After polymerization and plasma activation of the surface, the array is ready for the application of electrical channels by means of inkjet printing. When printing, an ink is used in which platinum microparticles (0.2-1.8 µm in diameter) are suspended in triethylene glycol monomethyl ether (TGME), upon subsequent evaporation of which a dense platinum concentrate is formed in the form of the desired electrical conductor (Fig. 1a (iv)) . The interfaces to the external electronics are then formed by attaching flexible metal wires to the pads by spot extrusion of an electrically conductive paste (FIG. 1a(v)). In the final step, a flowable silicone, such as polydimethylsiloxane (PDMS; SYLGARD 184; DowCorning), is applied to form a conformal impermeable bond to the structure. Due to its low surface tension, PDMS penetrates into the interstices between the particles in the platinum concentrate, forming the composite material in situ.

На основе данной технологии получения была создана библиотека конструкций, включающая активацию спинальной локомоторной системы у животных с моторным дефицитом, регистрацию электромиографической активности поперечно-полосатой и гладкой мускулатуры для изучения сенсомоторного и висцерального контроля. Все изготовленные конструкции электродных арреев имеют толщину около 200 мкм.On the basis of this production technology, a library of constructs was created, including the activation of the spinal locomotor system in animals with a motor deficit, the registration of electromyographic activity of striated and smooth muscles for the study of sensorimotor and visceral control. All fabricated designs of electrode arrays have a thickness of about 200 μm.

Пример 2. Эффективность электроды NeuroPrint показана на примере электростимуляции спинного мозга (ЭСМ) у кошек. На фиг. 2 показано, что непрерывная ЭСМ (5 Гц; 0,2 мс) крестцового отдела спинного мозга (S1-S3) вызывала локомоцию у децеребрированных кошек (n=4 кошки) с реципрокной активацией мышц-сгибателей и разгибателей, правильным положением ступни и хорошо скоординированными движениями задних конечностей в цикл шага (фиг. 2а-с). При сравнении с обычными проволочными внутримышечными электродами NeuroPrint демонстрирует аналогичное качество электромиографических (ЭМГ) сигналов во время локомоторной активности (фиг. 2с). Более того, ЭСМ различных рострокаудальных и медиолатеральных областей запускает локальные нейрональные сети, ответственные за специфическую активацию лево-правого и ростральнокаудального паттернов ЭМГ (фиг. 2d-f), что важно для пространственно-временной терапевтической нейромодуляции после повреждения спинного мозга.EXAMPLE 2 The effectiveness of the NeuroPrint electrode was demonstrated using spinal cord electrical stimulation (ESM) in cats. In FIG. Figure 2 shows that continuous EFM (5 Hz; 0.2 ms) of the sacral spinal cord (S1-S3) induced locomotion in decerebrated cats (n=4 cats) with reciprocal activation of flexor and extensor muscles, correct foot position, and well coordinated movements of the hind limbs in the step cycle (Fig. 2a-c). When compared to conventional wire intramuscular electrodes, NeuroPrint demonstrates similar quality of electromyographic (EMG) signals during locomotor activity (Fig. 2c). Moreover, ESM of various rostrocaudal and mediolateral regions triggers local neuronal networks responsible for the specific activation of left-right and rostral-caudal EMG patterns (Figs. 2d-f), which is important for spatiotemporal therapeutic neuromodulation after spinal cord injury.

Следующим этапом тестирования возможностей NeuroPrint было оборачивание стимулирующих электродов NeuroPrint вокруг участка седалищного нерва кошки (проходящего в проксимальной части бедра) что позволило провести одновременную регистрацию электроспиннограммы (ESG) и активности ЭМГ (n=4 кошки). Активация сенсорных и моторных волокон в седалищном нерве вызывала волнообразные сигналы в спинном мозге и икроножной мышце с различной латентностью (фиг. 3а, d), форма и амплитуда которых зависела от интенсивности стимуляции. Мы также обнаружили, что вызванные ESG потенциалы модулируются стороной стимуляции седалищного нерва, а также расстоянием между участками регистрации и стимуляции (фиг. 3b, с). Мы также наблюдали классическую динамику подавления рефлекторной Н-волны М-волной при увеличении амплитуды стимуляции седалищного нерва (фиг. 3е). Таким образом, был проведен многоуровневый мониторинг вызванных потенциалов с помощью рассредоточенных электродов NeuroPrint в разных отделах спинного мозга.The next step in testing the capabilities of NeuroPrint was wrapping the NeuroPrint stimulating electrodes around the area of the sciatic nerve of the cat (passing in the proximal part of the thigh), which allowed simultaneous recording of the electrospinogram (ESG) and EMG activity (n=4 cats). Activation of sensory and motor fibers in the sciatic nerve evoked wavelike signals in the spinal cord and gastrocnemius muscle with different latencies (Fig. 3a, d), the shape and amplitude of which depended on the stimulation intensity. We also found that ESG-evoked potentials are modulated by the side of stimulation of the sciatic nerve, as well as by the distance between the recording and stimulation sites (Fig. 3b, c). We also observed the classical dynamics of suppression of the reflex H-wave by the M-wave with increasing amplitude of sciatic nerve stimulation (Fig. 3f). Thus, multilevel monitoring of evoked potentials was carried out using dispersed NeuroPrint electrodes in different parts of the spinal cord.

ПРИМЕР 3. Долгосрочная биосовместимость и функциональная стабильность интерфейсов NeuroPrint на модели крыс.EXAMPLE 3 Long term biocompatibility and functional stability of NeuroPrint interfaces in a rat model.

Спинальные электродные арреи были имплантированы в интратекальное пространство, где повторяющиеся механические нагрузки обычно предъявляют высокие требования к их устойчивости. Дизайн был дополнен решетчатым паттерном в качестве специальной особенности для улучшения его интеграции в окружающую ткань, благодаря чему стабильное положение сохранялось в течение нескольких недель тестирования. Функциональную стабильность с помощью поведенческого тестирования и гистологические срезы крыс с имплантатами (implant, n=4) и ложно оперированных (sham, n=4) крыс оценивали через 8 недель после операции (фиг. 5b-i). Ложно оперированным животным были выполнены те же хирургические процедуры (ламинэктомия, ортоз позвоночника, фиксация коннектора на черепе) без имплантатов позвоночника.Spinal electrode arrays were implanted in the intrathecal space, where repetitive mechanical loads usually place high demands on their stability. The design was supplemented with a lattice pattern as a special feature to improve its integration into the surrounding tissue, ensuring a stable position was maintained during several weeks of testing. Functional stability by behavioral testing and histological sections of implant rats (implant, n=4) and sham-operated (sham, n=4) rats were assessed 8 weeks after surgery (Fig. 5b-i). Sham-operated animals underwent the same surgical procedures (laminectomy, spinal orthosis, connector fixation on the skull) without spinal implants.

В целом, не было значительных различий между двумя группами по гистологическим (фиг. 5с-f) и поведенческим данным (фиг. 4g-q). В качестве индикатора нейровоспаления анализировали экспрессию микроглиального маркера Iba1 в срезах спинного мозга (фиг. 4d). Никаких существенных различий между двумя группами получено не было (фиг. 4b-е). В дополнение к общей способности перемещаться по лестнице (фиг. 4g, h) и бегать по ленте тредбана с низкой и высокой скоростью (фиг 4i), отслеживали мелкие аспекты сенсомоторной активности, включая координация передних/задних конечностей (фиг. 4i, j), длительность цикла шага (рис. 4р), ширину шага, длину шага фиг. 4q), высоту подъема стопы (фиг. 54j, k) и их вариабельность. Изменения позы (фиг. 5l-n) крыс во время ходьбы и оценка медиолатеральное смещение центра масс тела (фиг. 5l, m) и латерального положения стопы (фиг. 5n) были аналогичными в группе Sham и группе с имплантантами. Эти результаты подтверждают отсутствие грубого и мелкого двигательного дефицита или нарушений баланса в результате имплантации и указывают на хороший уровень биоинтеграции через 8 недель.Overall, there were no significant differences between the two groups in histological (Fig. 5c-f) and behavioral (Fig. 4g-q) data. As an indicator of neuroinflammation, the expression of the microglial marker Iba1 in sections of the spinal cord was analyzed (Fig. 4d). No significant differences were obtained between the two groups (Fig. 4b-e). In addition to general ability to navigate stairs (Fig. 4g, h) and run on a treadmill at low and high speed (Fig. 4i), fine aspects of sensorimotor activity were monitored, including fore/hind limb coordination (Fig. 4i, j), step cycle duration (Fig. 4p), step width, step length fig. 4q), the height of the instep of the foot (Fig. 54j, k) and their variability. Changes in posture (Fig. 5l-n) of the rats during walking and assessment of mediolateral displacement of the center of mass of the body (Fig. 5l, m) and lateral position of the foot (Fig. 5n) were similar in the Sham group and the implant group. These results confirm the absence of gross and fine motor deficits or imbalances as a result of implantation and indicate a good level of biointegration after 8 weeks.

Функциональность электродов оценивалась еженедельно путем тестирования их импеданса (фиг. 5а) и пороговых значений тока для рекрутирования мышц (фиг. 5b, с). Из 16 электродов, имплантированных четырем крысам, 14 сохраняли начальные импедансы и способность индуцировать вызванные мышечные потенциалы. В первые 2 недели наблюдали тенденцию к увеличению импеданса и пороговых значений тока, что может быть связано с образованием соединительной ткани (фиг. 6а, b). Была проведена оценка функционального состояния нейрональных путей, расположенных в непосредственной близости от имплантатов (фиг. 4а и 5d-h). На хронической стадии (8 недель) спинальные интерфейсы NeuroPrint (n=4) использовались для регистрации ESG в различных поведенческих задачах у крыс (фиг. 5d), где была показана сайт-специфичная нейромодуляционная активность сенсомоторных сетей (фиг. 4е). В совокупности это указывает на высокий уровень их биоинтеграции и стабильное положение относительно целевых спинномозговых путей.The functionality of the electrodes was assessed weekly by testing their impedance (Fig. 5a) and current thresholds for muscle recruitment (Fig. 5b, c). Of the 16 electrodes implanted in four rats, 14 retained the initial impedances and the ability to induce evoked muscle potentials. In the first 2 weeks, a trend towards an increase in impedance and current thresholds was observed, which may be associated with the formation of connective tissue (Fig. 6a, b). An assessment was made of the functional state of the neuronal pathways located in the immediate vicinity of the implants (Fig. 4a and 5d-h). At the chronic stage (8 weeks), spinal NeuroPrint interfaces (n=4) were used to record ESG in various behavioral tasks in rats (Fig. 5d), where site-specific neuromodulatory activity of sensorimotor networks was shown (Fig. 4e). Taken together, this indicates a high level of their biointegration and a stable position relative to the target spinal tracts.

Claims (2)

1. Способ получения нейрональных имплантов, включающий в себя создание растягивающегося слоя из изоляционного материала, формирование на указанном слое растягивающегося проводящего пути; инкапсулирование по меньшей мере одного вышеуказанного проводящего пути посредством инкапсулирующего слоя, содержащего по меньшей мере одно сквозное отверстие, заполнение упомянутого отверстия электропроводящим материалом, нанесение электропроводящей пасты на заранее определенные области проводящего пути, вставку электропроводящего элемента в шарик из электропроводящей пасты, заполнение электрического устройства вязким эластомером, отверждение указанного эластомера, отличающийся тем, что выполнение растягиваемого слоя с проводящими путями осуществляют методом 3D-печати, включающей в себя экструзию не текучего силиконового эластомера, полимеризацию и плазменную активацию поверхности, нанесение электрических каналов проводят посредством струйной печати с использованием чернил, в которых микрочастицы платины суспензированы в вязком растворителе, прикрепление гибких металлических проводов к контактным площадкам проводят методом точечной экструзии электропроводящей пасты, после чего осуществляют нанесение текучего силикона.1. The method of obtaining neuronal implants, which includes the creation of a stretchable layer of insulating material, the formation of a stretchable conductive path on the specified layer; encapsulating at least one of the aforementioned conductive paths with an encapsulating layer containing at least one through hole, filling said hole with an electrically conductive material, applying an electrically conductive paste to predetermined areas of the conductive path, inserting an electrically conductive element into a ball of electrically conductive paste, filling the electrical device with a viscous elastomer , the curing of said elastomer, characterized in that the execution of a stretchable layer with conductive paths is carried out by 3D printing, which includes extrusion of a non-flowing silicone elastomer, polymerization and plasma activation of the surface, the application of electrical channels is carried out by inkjet printing using ink, in which microparticles platinum is suspended in a viscous solvent, flexible metal wires are attached to contact pads by spot extrusion of an electrically conductive paste, after which the application of flowable silicone. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве чернил используют суспензию микрочастиц платины диаметром 0,2-1,8 мкм в триэтиленгликоле монометилового эфира.2. The method according to claim 1, characterized in that a suspension of platinum microparticles with a diameter of 0.2-1.8 μm in triethylene glycol of monomethyl ether is used as the ink.
RU2021106033A 2021-03-09 2021-03-09 Method for making neuron implants RU2758972C9 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021106033A RU2758972C9 (en) 2021-03-09 2021-03-09 Method for making neuron implants

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021106033A RU2758972C9 (en) 2021-03-09 2021-03-09 Method for making neuron implants

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2758972C1 RU2758972C1 (en) 2021-11-03
RU2758972C9 true RU2758972C9 (en) 2022-04-19

Family

ID=78466847

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021106033A RU2758972C9 (en) 2021-03-09 2021-03-09 Method for making neuron implants

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758972C9 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7146221B2 (en) * 2001-11-16 2006-12-05 The Regents Of The University Of California Flexible electrode array for artifical vision
WO2011157714A1 (en) * 2010-06-15 2011-12-22 ETH Zürich, ETH Transfer Pdms-based stretchable multi-electrode and chemotrode array for epidural and subdural neuronal recording, electrical stimulation and drug delivery
US8332053B1 (en) * 2009-04-28 2012-12-11 Hrl Laboratories, Llc Method for fabrication of a stretchable electronic skin
EP3023054A1 (en) * 2013-07-18 2016-05-25 Japan Science and Technology Agency Biocompatible electrode structure and method for producing same, and device and method for producing same
US20180001081A1 (en) * 2015-01-08 2018-01-04 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Synthetic skin for recording and modulating physiological activities

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7146221B2 (en) * 2001-11-16 2006-12-05 The Regents Of The University Of California Flexible electrode array for artifical vision
US8332053B1 (en) * 2009-04-28 2012-12-11 Hrl Laboratories, Llc Method for fabrication of a stretchable electronic skin
WO2011157714A1 (en) * 2010-06-15 2011-12-22 ETH Zürich, ETH Transfer Pdms-based stretchable multi-electrode and chemotrode array for epidural and subdural neuronal recording, electrical stimulation and drug delivery
EP3023054A1 (en) * 2013-07-18 2016-05-25 Japan Science and Technology Agency Biocompatible electrode structure and method for producing same, and device and method for producing same
US20180001081A1 (en) * 2015-01-08 2018-01-04 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Synthetic skin for recording and modulating physiological activities

Also Published As

Publication number Publication date
RU2758972C1 (en) 2021-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Afanasenkau et al. Rapid prototyping of soft bioelectronic implants for use as neuromuscular interfaces
US10130274B2 (en) PDMS-based stretchable multi-electrode and chemotrode array for epidural and subdural neuronal recording, electrical stimulation and drug delivery
Sunwoo et al. Advances in soft bioelectronics for brain research and clinical neuroengineering
US10695555B2 (en) Synthetic skin for recording and modulating physiological activities
AU2013273952B2 (en) Implantable cuff and method for functional electrical stimulation and monitoring
Vetter et al. Chronic neural recording using silicon-substrate microelectrode arrays implanted in cerebral cortex
Rousche et al. Flexible polyimide-based intracortical electrode arrays with bioactive capability
Rodri et al. Polyimide cuff electrodes for peripheral nerve stimulation
CA2553901C (en) Method of routing electrical current to bodily tissues via implanted passive conductors
Micera et al. Bidirectional interfaces with the peripheral nervous system
Navarro et al. Selective fascicular stimulation of the rat sciatic nerve with multipolar polyimide cuff electrodes
US8792973B2 (en) Bipolar sieve electrode and method of assembly
RU2758972C9 (en) Method for making neuron implants
KR101158775B1 (en) Nerval element using nano-wire and cuff
Torregrosa et al. Bioelectric medicine and devices for the treatment of spinal cord injury
del Valle et al. Neural electrodes for long-term tissue interfaces
Tsang et al. Flexible electrode for implantable neural devices
KR101158773B1 (en) Patch type nerval element using nano-wire
Venkatasubramanian et al. Functional electrical stimulation
RU206363U1 (en) NEURAL IMPLANT
Prodanov Morphometric analysis of the rat lower limb nerves-anatomical data for neural prosthesis design
Li Ultraflexible nanoelectronic thread application in central and peripheral nervous systems
SANGHOON FLEXIBLE NEURAL INTERFACES FOR RECORDING AND STIMULATION OF PERIPHERAL AND VISCERAL NERVES
Maxfield Glassy Carbon μECoG Electrode Array for In-vivo Sensing and Stimulation
Moraud et al. Electronic dura mater for long-term multimodal neural interfaces

Legal Events

Date Code Title Description
TH4A Reissue of patent specification
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL 31-2021 FOR INID CODE(S) (54)