Topic description
- L'objectif premier est d'optimiser une électrode de stimulation en couches minces (ESCM) actuelle en remplaçant l'or par du platine ou un composé platine/iridium. Ce matériau est couramment utilisé par les industriels du secteur pour leurs ES standards (Cochlear ) car il dispose d'une réponse électrochimique considérée comme la plus adaptée. Ce changement de matériau nécessitera une adaptation du procédé de micro-fabrication actuel. Le(la) doctorant(e) réalisera la micro-fabrication des ESCMs à partir d'un polymère photosensible qui présente une excellente résistance à la rupture. Concernant l'interface électrode/tissu, afin de réduire l'impédance électrique et d'augmenter la capacité d'injection de charge, la possibilité d'ajouter des revêtements sur les électrodes de stimulation en platine sera étudiée. La caractérisation électrochimique des électrodes de l'ESCM sera réalisée dans un électrolyte de périlymphe artificielle. Des mesures de chronopotentiométrie seront effectuées afin de déterminer la limite de sécurité de stimulation de µC/cm²/phase (définie par la norme AAMI), la capacité d'injection de charges et la capacité de stockage de charges. Enfin, la spectroscopie d'impédance électrochimique sera utilisée pour déterminer l'impédance et les variations de phase, avant et après stimulation. Ces paramètres seront optimisés afin de se rapprocher des performances des réseaux d'électrodes de stimulation standards. Un capteur sera intégré dans l'ESCM réalisée avec une procédure de micro-fabrication similaire à celle de l'ESCM. Ce capteur permettra de déterminer à chaque instant l'état de courbure de l'ESCM et de disposer d'un retour d'informations en cas de contacts/déformations trop importants exercés par l'ESCM sur les parois de la cochlée.
- Le deuxième objectif consistera à réaliser des tests d'insertion des ESCMs actives sur un modèle de cochlée synthétique imprimé en 3D. Ce modèle transparent permettra l'enregistrement vidéo de l'insertion, ainsi que la vérification du comportement des électrodes, des variations de courbure et de la position finale de l'ESCM active, la réponse du capteur. Les résultats seront analysés conjointement avec l'Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria groupe defrost, ) et avec Institut de l'Audition Pasteur (IdA Pasteur, ) pour de premières validations cliniques.
- Le troisième objectif sera que les 22 canaux de stimulation de l'ESCM, l'actionneur et le capteur soient directement connectés au microprocesseur par la réalisation de traversées électriques. La connexion d'un film mince à une traversées filaire ʺrigideʺ constitue un défi majeur. Cette connexion devra résister aux contraintes environnementales : manipulation, chirurgie, traction, pliage, et sera soumise à plusieurs essais, notamment d'allongement, de flexion et de fuite électrique, afin de vérifier la conformité aux normes ISO/AAMI (Association for the Advancement of Medical Instrumentation) applicables aux implants cochléaires. Des essais de vieillissement accéléré seront menés pour évaluer la robustesse et observer les modes de défaillance tels que le délaminage, les fissures ou la corrosion.
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* The primary objective of the project is to optimize the current thin-film stimulation electrode (TFSE) by replacing gold with platinum or a platinum/iridium compound. This material is commonly used by manufacturers in the field for standard stimulation electrodes, notably by Cochlear, owing to its highly suitable electrochemical properties. This material substitution will require adaptation of the current microfabrication process. The PhD candidate will fabricate TFSEs using a photosensitive polymer exhibiting excellent fracture resistance.
Regarding the electrode/tissue interface, the possibility of applying coatings onto the platinum stimulation electrodes will be investigated in order to reduce electrical impedance and increase charge injection capacity. Electrochemical characterization of the TFSE electrodes will be carried out in an artificial perilymph electrolyte. Chronopotentiometric measurements will be performed to determine the stimulation safety limit of µC/cm²/phase (as defined by the AAMI standard), as well as the charge injection capacity and charge storage capacity. Finally, electrochemical impedance spectroscopy will be used to determine impedance values and phase variations before and after stimulation. These parameters will be optimized in order to approach the performance levels of standard stimulation electrode arrays.
A sensor will be integrated into the TFSE using a microfabrication procedure similar to that employed for the electrode itself. This sensor will enable real-time determination of the TFSE curvature state and provide feedback in the event of excessive contact forces or deformations exerted by the TFSE on the cochlear walls.
* The second objective will consist in performing insertion tests of active TFSEs using a synthetic 3D-printed cochlear model. This transparent model will enable video recording of the insertion procedure, as well as verification of electrode behavior, curvature variations, final positioning of the active TFSE, and sensor response. The results will be analyzed jointly with French Institute for Research in Computer Science and Automation (Defrost team, Inria Defrost Team) and the Institut de l'Audition (IdA Pasteur, Institut de l'Audition) for initial clinical validation studies.
* The third objective will be to directly connect the 22 stimulation channels of the TFSE, together with the actuator and the sensor, to the microprocessor through dedicated electrical feedthroughs. The interconnection between a thin-film device and rigid wired feedthroughs represent a major technological challenge. This connection will have to withstand environmental constraints including handling, surgery, traction, and bending, and will undergo several validation tests, notably tensile, flexural, and electrical leakage tests, in order to verify compliance with ISO/AAMI standards applicable to cochlear implants. Accelerated aging tests will also be conducted to evaluate robustness and identify failure modes such as delamination, cracking, or corrosion.
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Début de la thèse : 01/10/
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Financement d'un établissement public Français
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