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コンフォーマブルポリイミドベースのμECoG：電極を信号源に近づけます
Conformable polyimide-based μECoGs: Bringing the electrodes closer to the signal source.
PMID: 32569863 DOI: 10.1016/j.biomaterials.2020.120178.
抄録
構造的な生体適合性は、慢性的に安定したバイオエレクトロニクスデバイスの基本的な要件です。最新の神経技術は、移植された組織の機械的特性に適合し、その表面構成を模倣するデバイスの開発を通じて、異物反応を最小限に抑えることにますます焦点が当てられているが、多くの場合、その堅牢性に妥協している。本研究では、ポリイミドをベースとした心電図デバイスの適合性のしきい値を決定するための解析的アプローチを提案した。有限要素モデルを用いて、適合性の閾値以上または以下のデバイスを機械的に適用した場合の大脳皮質の窪みを定量化した。この結果は、ラット動物モデルを用いてin vivoで検証された。インピーダンス測定は、適合性のあるインプラントと非適合性のあるインプラントの両方で、生体/生体界面の状態をモニターするために、インプラント後40日間実施した。その後、最も適合性の高いデバイスタイプを用いて、移植後12週間、マルチユニット活性を記録した。したがって、適合性は安定した信頼性の高いインプラントの必須条件であり、デバイス材料のヤング率だけに依存するものではないと結論づけられます。
Structural biocompatibility is a fundamental requirement for chronically stable bioelectronic devices. Newest neurotechnologies are increasingly focused on minimizing the foreign body response through the development of devices that match the mechanical properties of the implanted tissue and mimic its surface composition, often compromising on their robustness. In this study, an analytical approach is proposed to determine the threshold of conformability for polyimide-based electrocorticography devices. A finite element model was used to quantify the depression of the cortex following the application of devices mechanically above or below conformability threshold. Findings were validated in vivo on rat animal models. Impedance measurements were performed for 40 days after implantation to monitor the status of the biotic/abiotic interface with both conformable and non-conformable implants. Multi-unit activity was then recorded for 12 weeks after implantation using the most compliant device type. It can therefore be concluded that conformability is an essential prerequisite for steady and reliable implants which does not only depend on the Young's modulus of the device material: it strongly relies on the relation between tissue curvature at the implantation site and corresponding device's thickness and geometry, which eventually define the moment of inertia and the interactions at the material-tissue interface.
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