Implanteerbare chip maakt gevoelservaring in protheses mogelijk (video)

Door armprothese-technieken is het al mogelijk dat patiënten hun kunstarm en kunsthand met hun brein kunnen bewegen en objecten kunnen grijpen en manipuleren. Dit gebeurt via een interface die de signalen van de zenuwen leest en die doorstuurt naar elektromotoren in de prothese. De huidige protheses zijn echter nog niet geschikt voor fijne motorische controle en ze geven patiënten ook geen haptische feedback (gevoelsfeedback). Het Impress-project van de universiteit van Florida (Implantable Multimodal Peripheral Recording and Stimulation System) maakt deel uit van Darpa’s Haptix-programma dat als doel heeft een closed-loop systeem te realiseren voor de volgende generatie haptische prothese. Impress wil perifere zenuwinterfaces ontwikkelen met veel meer communicatiekanalen, een grotere densiteit van elektroden, en een grotere stabiliteit van de gedetecteerde en doorgestuurde informatie, zodat fijne motorische controle en haptische feedback in protheses mogelijk wordt.

Binnen het kader van dit Impress-project heeft Imec een prototype van een ultradunne (35 µm) microchip ontwikkeld in een incompatibele, hermetische en flexibele verpakking. Op het minuscule oppervlak van de implanteerbare chip zitten 64 elektroden (met mogelijke uitbreiding naar 128). Dit hoge aantal maakt zeer fijnmazige uitlezing van zenuwsignalen en precieze stimulatie van zenuwen mogelijk. Met een naald die aan de chip bevestigd is, kan het geheel ingebracht worden in de arm en bevestigd worden aan een zenuwbundel, waardoor de nauwkeurigheid nog verder wordt verbeterd.

Dit zijn aanzienlijke verbeteringen ten opzichte van de huidige interface-technologie die niet alleen substantieel minder elektroden telt maar ook rond de zenuw wordt gewikkeld waardoor hij geen contact maakt binnenin de zenuwbundel en dus veel minder nauwkeurig is.

 "Onze expertise in neuro-elektronica maakt van ons een natuurlijke partner in dit project, waarin we nu dan ook een belangrijke mijlpaal presenteren voor toekomstige haptische protheses", zei Dries Braeken, R&D manager en projectmanager van Impress bij Imec. "Onze interfaces maken een veel hogere densiteit van elektroden en een grotere flexibiliteit in opname en stimulatie mogelijk dan elke andere technologie. Met de realisatie van dit prototype in de eerste fase van dit project, kijken we uit naar de volgende fase waarin we onze prototypetechniek willen optimaliseren zodat het op lange termijn testen van deze implantaten mogelijk wordt."

"Voor deze chip werd een nieuwe technologie voor biocompatiebele omhulling gebruikt, die nanolagen van superieure diffusiebarrières afwisselt met zeer dunne polymeerlagen met uitstekende mechanische eigenschappen", legt Maaike Op de Beeck uit, programma manager bij Imec. "Het uiteindelijke resultaat is een ultradunne flexibele chip met een dikte die vergelijkbaar is met die van een mensenhaar, waardoor hij op een zeer weinig invasieve manier kan worden geïmplanteerd."

Dit onderzoek werd gesponsord door het Biological Technologies Office van het Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa) onder toezicht van dr. Doug Weber (Space and Naval Warfare Systems Center, Pacific Grant/Contract No. N66001-15-C-4018 to the University of Florida).