Soft self-inserting neural interfaces
- Reference number
- FFL18-0206
- Project leader
- Tybrandt, Klas
- Start and end dates
- 200401-250331
- Amount granted
- 12 000 000 SEK
- Administrative organization
- Linköping University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Electrical interfacing of neural tissue is key for the development of new diagnostics and treatments for neural diseases and disorders. One major challenge is that neural tissue near electrodes is damaged over time, resulting in glial scar formation and neuronal death. One hypothesis is that the huge mechanical mismatch between the implanted hard materials and the soft neural tissue is the cause of the problem. Indeed, recent advances in materials and devices has dramatically improved the stability of chronic neural interfaces by making them soft and ultra-flexible. One major complication is that the handling of these devices becomes extremely difficult, preventing widespread clinical use of this new technology. Here we aim at resolving this issue by developing self-inserting soft and flexible neural electrodes based on magnetic actuation. By incorporating magnetic materials into the soft devices, they can be dragged into place wirelessly, thereby avoiding the issue of buckling for soft and flexible structures. This project will establish this new technology by developing new materials, devices concepts, manipulation tools and procedures around this concept. The result will be a new class of neural electrodes which are substantially less invasive and more robust, thereby lowering the threshold for clinical use. The technology will also provide new opportunities for electrode integration, including nonlinear insertion trajectories and multi-step insertion procedures.
Popular science description
Elektriska nervgränssnitt gör att vi kan läsa av och inducera nervsignaler med hjälp av elektronik. Dessa gränssnitt är en förutsättning för diagnostik och behandlingar av en rad neurologiska åkommor och sjukdomar, så som epilepsi, Parkinsons sjukdom och kronisk smärta. Det har tidigare inte varit möjligt att göra högupplösta avläsningar av nervsignaler under lång tid på grund av att elektroderna som används skadar nervvävnaden. Under de senaste åren har ny forskning hittat lösningar på detta problem. Genom att skapa extremt mjuka elektroder som placeras på rörliga nerver kan skador undvikas. För elektroder som förs in inuti nervvävnaden har man löst problemet genom att göra dem så tunna och flexibla att nervvävnaden knappt känner av dem. Dessa resultat är mycket spännande och lovande, dock medför de nya utmaningar eftersom elektroderna är så mjuka och flexibla blir de väldigt svåra och komplicerade att hantera, vilket är ett stort hinder för framtida användning inom sjukvården. Syftet med detta forskningsprojekt är att hitta en lösning på detta problem. Den föreslagna metoden är att skapa självmonterande magnetiska mjuka och flexibla nervgränssnitt. Nyckelkonceptet är att dra med magnetiska krafter istället för att mekaniskt putta på bakänden av elektroderna. Försöker man putta på något som är mjukt och flexibelt kommer det böja sig, om man däremot drar i objektet funkar det bättre. Första steget är att förstå vilka kriterier som måste vara uppfyllda för att ett magnetiskt nervgränssnitt ska kunna dras in i vävnad. Därför kommer projektet utveckla nya magnetiska material och strukturer och karakterisera dessa noggrant. Nästa steg är att applicera den nyvunna kunskapen för att skapa magnetiska elektroder. Detta kräver utveckling av avancerade mikrofabrikationsprocesser eftersom elektroderna behöver vara små och mjuka. De tillverkade elektroderna kommer att testas hos forskare i neurovetenskap för att utvärdera dess funktionalitet. I slutet av projektet kommer ytterligare två förbättringar utvecklas; magnetiska material som av säkerhetsskäl förlorar sina magnetiska egenskaper efter implantering, samt nya material som först går att hantera men sen blir extremt mjukare efter implantering. När projektet är genomfört kommer ett nytt koncept för självmonterande nervelektroder ha utvecklats. Det långsiktiga målet är att tekniken ska möjliggöra för nya behandlingar av allvarliga åkommor och på så sätt hjälpa människor och samhället.