Kit de ferramentas de código aberto: Benchtop Carbon Fiber Microelectrode Array para gravação de nervos

Julianna M. Richie; Paras R. Patel; Elissa J. Welle; Tianshu Dong; Lei Chen; Albert J. Shih; Cynthia A. Chestek

doi:10.3791/63099

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Artigo de método

Kit de ferramentas de código aberto: Benchtop Carbon Fiber Microelectrode Array para gravação de nervos

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DOI:

10.3791/63099

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29 de outubro de 2021

Julianna M. Richie¹ , Paras R. Patel¹ , Elissa J. Welle¹ , Tianshu Dong² , Lei Chen³ , Albert J. Shih² , Cynthia A. Chestek¹^,⁴^,⁵^,⁶

¹Department of Biomedical Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, ²Department of Mechanical Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, ³Department of Mechanical Engineering, University of Massachusetts Lowell, ⁴Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Michigan, Ann Arbor, ⁵Neuroscience Graduate Program, University of Michigan, Ann Arbor, ⁶Robotics Graduate Program, University of Michigan, Ann Arbor

Neste artigo

Resumo

Aqui, descrevemos a metodologia de fabricação para matrizes de eletrodos de fibra de carbono personalizáveis para gravação in vivo no nervo e no cérebro.

Resumo

As sondas nervosas periféricas convencionais são fabricadas principalmente em uma sala de limpeza, exigindo o uso de múltiplas ferramentas caras e altamente especializadas. Este artigo apresenta um processo de fabricação "leve" de matrizes de eletrodos neurais de fibra de carbono que podem ser aprendidas rapidamente por um usuário de sala de limpeza inexperiente. Este processo de fabricação de matriz de eletrodos de fibra de carbono requer apenas uma ferramenta de limpeza, uma máquina de deposição Parylene C, que pode ser aprendida rapidamente ou terceirizada para uma instalação de processamento comercial a um custo marginal. Este processo de fabricação também inclui placas de circuito impresso de preenchimento manual, isolamento e otimização de ponta.

As três diferentes otimizações de ponta exploradas aqui (laser Nd:YAG, maçarico e laser UV) resultam em uma gama de geometrias de ponta e impedâncias de 1 kHz, com fibras maçaricos resultando na menor impedância. Embora experimentos anteriores tenham comprovado a eficácia do eletrodo de laser e maçarico, este artigo também mostra que fibras cortadas a laser UV podem registrar sinais neurais in vivo. Os arrays de fibra de carbono existentes não possuem eletrodos individuados em favor de pacotes ou exigem guias fabricadas para a população e isolamento. Os arrays propostos utilizam apenas ferramentas que podem ser usadas em um banco para a população de fibras. Este processo de fabricação de matriz de eletrodos de fibra de carbono permite a rápida personalização da fabricação de matriz a granel a um preço reduzido em comparação com as sondas disponíveis comercialmente.

Introdução

Grande parte da pesquisa em neurociência se baseia no registro de sinais neurais usando eletrofisiologia (ePhys). Esses sinais neurais são cruciais para entender as funções das redes neurais e novos tratamentos médicos, como máquina cerebral e interfaces nervosas periféricas1,2,3,4,5,6. Pesquisas em torno de nervos periféricos exigem eletrodos de gravação neural feitos sob medida ou comercialmente disponíveis. A gravação neural de eletrodos-ferramentas exclusivas com dimen....