Elektrodeform forbedrer neurostimulering for små mål

En krydslignende form hjælper elektroderne på implanterbare neurostimuleringsanordninger med at levere mere ladning til specifikke områder af nervesystemet, muligvis forlænge enhedens levetid, siger forskning offentliggjort i marts i Videnskabelige rapporter .

Formen, kaldet "fraktal, " ville være særlig nyttig til at stimulere mindre områder, såsom dybe hjernestrukturer eller nethinden, da det maksimerer omkredsen inden for et mindre overfladeareal - giver den højere opløsning, der er nødvendig for at genoprette kropsfunktioner og potentielt muliggør neurostimuleringsanordninger til at holde længere i kroppen uden genopladning.

"Der er udfordringer med at formindske størrelsen af ​​disse elektroder, " sagde Hyowon "Hugh" Lee, adjunkt i biomedicinsk teknik. "Hvis du krymper dem for små, så kan du ikke injicere nok energi til at kunne aktivere det underliggende substrat."

Industrien producerer i øjeblikket cirkulære eller rektangulære elektroder til neurostimuleringsanordninger. "Der er virkelig ingen grund til at opretholde disse former udover det faktum, at det gør det lettere for de konventionelle fremstillingsteknikker at lette, " sagde Lee. "Men mikrofabrikation tillader batchbehandling eller endnu mere skalerbar rulle-til-rulle-fremstilling, hvor vi har designfriheden til at skabe enhver form for elektrodedesign med høj opløsning for at forbedre deres funktionalitet."

Lees laboratorium eksperimenterede med andre former, der bedre kunne injicere ladning med elektrodestørrelsesbegrænsninger. Den fraktale form klarede sig bedre end konventionelle former og "serpentinen, " eller slangelignende form, selvom det har et lignende forhold mellem omkreds og overfladeareal som fraktal. Dette kan skyldes, at de gentagne mønstre af fraktaldesignet bedre letter den kontinuerlige diffusion af ladningsoverførselsarter, eller reaktanter, til platinelektrodens overflade.

"Når du har meget mere spredning af arter til overfladen, det giver mulighed for hurtigere Faradaic ladningsoverførsel fra elektrodeoverfladen, " sagde Lee. Ladningen når derefter en tærskel for neuroner for at udløse et aktionspotentiale, eller elektrokemisk signal, at stimulere et mål.

Fordi fraktale designs også har lavere impedans end konventionelle elektroder, de kunne tillade mere ladning at blive sprøjtet ind på en elektrodeoverflade over tid og forlænge levetiden for neurostimuleringsanordninger. "Hvis du har mindre belastning, hvilket betyder, at det tager mindre energi at få den samme effekt, så vil den faste batterilevetid for implanterbare stimuleringsenheder blive forbedret, " sagde Lee.

Det næste trin er at teste robustheden og levetiden af ​​fraktaldesignede elektroder i sammenligning med konventionelle former. Lees laboratorium undersøger også brugen af ​​fraktaldesignet til at forbedre følsomheden i enheder såsom biosensorer. "Målet ville være bedre kontrol med stimulering over målrettede områder og mere præcis terapi, " sagde Lee.