Rubehn, Birthe:
ISBN 9783862471355

Polymer-Based Microimplants for the Neurosciences. Biomedical Microtechnologies Vol. 2 # Pb., 202 S., Großformat (24 x 17) 74 Abb., davon 16 in Farbe; 6 Tab., davon 1 in Farbe.

SCHLAGWORTE:

polymide
MEMS
neural engeneering
neuroelectrodes
ECOG

Die Arbeit beschreibt die Entwicklung und Realisierung mikrotechnisch hergestellter Implantate und ihre Anwendung in der neurowissenschaftlichen Forschung. Der Standardherstellungsprozess für Polyimid-Platin-Polyimid-Dünnfilme auf Waferebene wurde benutzt und für die Anforderungen spezieller Fragestellungen der Neurowissenschaften weiterentwickelt.
Im Bereich der Neurotechnik wird Polyimid schon lange als ein mögliches Material für chronische Nervenimplantate vorgeschlagen. Da es auch in der vorliegenden Arbeit als Substratmaterial verwendet wurde, wurde eine Langzeitstudie mit drei kommerziell erhältlichen Polyimiden durchgeführt. Über einen Zeitraum von 20 Monaten wurden mikrotechnisch hergestellte Probekörper in phosphatgepufferter Kochsalzlösung bei verschiedenen Temperaturen gelagert und ihre mechanischen Eigenschaften monatlich untersucht.
Für das Gebiet der kognitiven Neurowissenschaften wurde ein flexibles, epikortikales Elektrodenarray mit 252 Elektrodenflächen für die hochkanalige Ableitung großer Kortexareale des Primaten entwickelt. Neben Nervenschnittstellen für die Gehirnoberfläche wurden auch penetrierende Ansätze verfolgt. Eine schaftförmige Mikroelektrode wurde hergestellt, die es ermöglicht tief liegende Gehirnareale der Maus elektrisch, optisch und mit Flüssigkeiten zu kontaktieren. Diese chronisch implantierbare Schaftelektrode vereinigt alle Modalitäten in einem Implantat, die für die Durchführung optogenetischer Versuche benötigt werden. Diese polymerbasierten Mikroelektroden können für verschiedenste Anwendungen eingesetzt werden und eröffnen neue Möglichkeiten für die neurowissenschaftlichen Grundlagenforschung.



This thesis describes the development and fabrication of flexible MEMS-processed implants and their application in neuroscientific research. The standard fabrication process of polyimide-platinum-polyimide thin-films on wafer-level was used and further developed to manufacture microelectrodes that meet the demands emerging from certain fields of contemporary neuroscientific research.
In the neuroengineering community, polyimide has been proposed as a suitable material for flexible and chronic microimplants. As it was also used as a substrate material in this work, an in vitro study on the long-term mechanical properties of three commercially available polyimides was conducted with micro-processed specimens stored in phosphate buffered saline at different temperatures over the course of 20 months.
A highly flexible 252-channel epicortical electrode array was developed for high-channel chronic recording from large areas of the primate cortex in the field of cognitive neuroscience. Apart from interfaces for the brain surface, penetrating approaches have been investigated. A shaft microelectrode with multimodal capabilities was fabricated in order to contact the brain with fluids, light and electrode recording sites. This microdevice can be chronically implanted to conduct optogenetic experiments in rodents. The polymer-based microelectrodes presented here can be implemented in different applications, opening new possibilities for basic neuroscientific research.

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