تصميم و تركيب وميكرودريفي الترا ضوء الميكانيكية للتسجيلات العصبية المزمنة في الحيوانات الصغيرة

الهدف العام من هذا الإجراء هو تجميع محرك دقيق كهربائي فائق الخفة مناسب لإجراء تسجيلات مستقرة خارج الخلية من حيوانات صغيرة في حالة نشاط. يتم تحقيق ذلك أولاً عن طريق تثبيت الموصل والمحرك بإحكام في الهيكل. وتتمثل الخطوة الثانية في تشكيل المكوك ليلائم الهيكل وتركيب أنابيب المكوك.

بعد ذلك، يتم تركيب أنابيب توجيه الأقطاب الكهربائية، ثم يتم تحميل أقطاب التسجيل في المحرك الدقيق. وأخيراً، تُضاف أغطية شفافة لحماية الأقطاب والأسلاك من التلف العرضي. وبمجرد تجميعه وزراعته بشكل صحيح، يمكن استخدام المحرك الدقيق الموصوف لتسجيل النشاط خارج الخلوي على مدى فترة تصل إلى 10 أسابيع.

لقد تطور إجراء التصميم والتجميع لدينا بمرور الوقت لتحقيق أقصى قدر من سهولة الاستخدام وتقليل التكلفة، بحيث أصبح أكثر عملية وسهولة في الوصول لمجموعة أوسع من الباحثين مقارنة بالعديد من الإصدارات المنشورة سابقاً. يظهر هنا محرك دقيق (micro drive) كامل. ويتكون من عدة مكونات رئيسية: هيكل يعمل كبنية عليا للمحرك، ومحرك ذو عمود إخراج مسنن بدقة، ومكوك مسنن يحمل الأقطاب الكهربائية ويوفر نقطة اتصال كهربائي، وموصل noetics يظهر أيضاً عند أنابيب المكوك، والأقطاب الكهربائية، وأنابيب توجيه الأقطاب الكهربائية.

يُعد مكوك قطب الشاسي وأنابيب مكوك القطب مكونات مخصصة تم تصميمها باستخدام برنامج CAD ثلاثي الأبعاد وتم تصنيعها بواسطة فني خراطة دقيقة محلي. أما جميع المكونات الأخرى فهي متوفرة تجارياً. أولاً، استخدم قاطعات قطرية لتقليم دبابيس التوصيل الموجودة في أسفل الموصل.

قم بقص الصف الخلفي من الدبابيس ليصل طولها إلى 1.5 مليمتر، والصف الأمامي إلى مليمتر واحد كما هو موضح في هذا المخطط. ثم قم بتثبيت الهيكل بعناية في منجلة صغيرة بحيث تكون الفجوة المفتوحة متجهة للأسفل، واستخدم غراء السيانوأكريليت لتثبيت أربعة قطع من أنابيب البولي أميد بطول 15 مليمتر على الهيكل، بحيث تكون بمستوى سطح الهيكل الخلفي وموجهة بشكل متوازٍ مع بعضها البعض كما هو موضح هنا. بمجرد جفاف غراء السيانوأكريليت، قم بقص أنابيب البولي أميد لتصبح بطول ستة مليمترات تقريبًا، ثم قم بإزالة أقسام الخصر.

يجب أن تكون أقسام الأنابيب المتبقية على بُعد ثلاثة مليمترات تقريباً من الحافة السفلية للهيكل. بعد ذلك، استخدم الإيبوكسي على الهيكل لإنشاء قاعدة صغيرة للموصل. ضع الموصل في الأعلى وأضف المزيد من الإيبوكسي حول الموصل.

يجب أن يكون سطح الموصل أعلى ببضعة مليمترات من أنابيب البولي أميد وأن يكون موازياً لسطح الهيكل. وبمجرد تصلب الإيبوكسي تماماً، قم بإزالة الهيكل من المنجلة وانقله إلى قالب تثبيت بحيث يكون السطح الأمامي مواجهاً للأعلى. ثم قم بتمرير أسلاك المحرك عبر الفتحة الموجودة في الهيكل وأنزلق بالمحرك داخل المجرى الموجود في القاعدة.

بعد التحقق من أن المحرك وعمود الدوران متوازيان مع الهيكل ومثبتان بإحكام في الأسفل والجانب، قم بتثبيت المحرك في الهيكل باستخدام الإيبوكسي. وبمجرد جفاف الإيبوكسي، قم بتدوير الهيكل بحيث يصبح الموصل سهل الوصول إليه. ولتقليل الإجهاد الميكانيكي الواقع على المحرك والأسلاك، أضف كمية صغيرة من الإيبوكسي سريع التصلب إلى الأسلاك في مكان خروجها من الهيكل. الآن قم بقص وتجريد ولحم الأسلاك في نقاط التوصيل المناسبة على الموصل.

اختبر المحرك للتأكد من دوران العمود بسلاسة في كلا الاتجاهين، ثم انتقل إلى تجميع مكوك القطب الكهربائي. أولاً، اختبر مدى ملاءمة المكوك عن طريق لفه بعناية على عمود المحرك وتحريكه صعوداً وهبوطاً على كامل طول عمود التشغيل، وبسرعة منخفضة.

يجب أن يستقر المكوك بإحكام في الهيكل وألا ينحشر في وحدة الدفع، كما يجب ألا يتوقف محور المحرك عن الدوران. إذا لم يتحرك المكوك بسلاسة على طول المحور، فافحص سطح الهيكل وبرغي الدفع للتأكد من خلوهما من الرواسب.

قم بإزالة أي شوائب باستخدام ملقط دقيق أو هواء مضغوط، ثم غطِّ السنون بزيت معدني خفيف وأعد فحص مدى ملاءمة التركيب. إذا كانت المكوك ضيقة للغاية، استخدم ملقطاً وحجر جلخ ناعم لإزالة المواد العائقة من جانب المكوك. احرص على إزالة المادة بشكل متساوٍ.

وأخيراً، إذا كانت المكوك تتحرك بشكل فضفاض كما يتضح من الميل والاهتزاز أثناء الحركة، قم بلصق شريحة صغيرة من فيلم الشفافية بالمكوك لسد الفجوة بينها وبين سطح الهيكل. وبمجرد تحقيق الملاءمة المناسبة، قم بإزالة المكوك من العمود واضغط أنبوباً من الفولاذ المقاوم للصدأ في كل من الثقوب الأربعة الكبيرة الموجودة في المكوك، مع التأكد من توسط الأنابيب في المكوك وأن نهايات الأنابيب الأربعة جميعها مستوية كما هو موضح هنا، ثم ضع قطرة صغيرة من غراء السيانوأكريليت عند قاعدة كل أنبوب، مع التأكد من عدم وصول الغراء إلى حواف المكوك أو إلى داخل الأنابيب. وبمجرد جفاف الغراء، قم بربط مكوك القطب المكتمل مرة أخرى على عمود التشغيل ودفعه تماماً حتى قاعدة التسنين.

قم بقص 4 قطع من أنابيب البولي أميد بطول 25 مليمتر لاستخدامها كأدلة للأقطاب الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، قص أربعة أقطاب كهربائية إلى قطع بطول 40 مليمتر لاستخدامها كأقطاب وهمية أثناء التجميع. قم بإدخال كل قطعة من الأنابيب فوق قطب وهمي بحيث يبرز القطب بنحو 10 مليمترات خارج نهاية الأنبوب.

قم الآن بترتيب كل أنبوب من أنابيب البولي أميد في الهيكل كما هو موضح هنا. اخلط كمية صغيرة من مادة الصب السريع (quick cast) وضع ما يقرب من 2 mm أسفل الطرف العلوي للقطب الكهربائي واتركه ليجف. بعد ذلك، قم بإزالة الأقطاب الكهربائية الوهمية وأعد وضع النهايات الحرة لموجهات الأقطاب الكهربائية بحيث تشكل حزمة محكمة عند قاعدة المحرك.

لف سلكاً رفيعاً حول الأقطاب الكهربائية لتثبيتها في مكانها إذا لزم الأمر. ثم قم بتثبيت الموضع الجديد باستخدام مادة الصب السريع (quick cast) كما هو موضح هنا. استخدم مشرطاً حاداً لتقليم أدلة أنابيب الأقطاب الكهربائية في المواضع التي تمتد فيها خارج الجزء السفلي من المحرك الدقيق (micro drive).

ستعمل هذه الأنابيب في النهاية على توجيه الأقطاب الكهربائية إلى سطح الدماغ، لذا يعتمد الطول المختار على تشريح موقع الزرع. بعد ذلك، يتم قطع جزء طوله 30 millimeter من سلك البلاتين المعزول وإزالة العزل من طرف واحد بطول one millimeter. ثم يتم لحامه بأحد دبابيس الإشارة في الموصل.

بعد ذلك، قم بثني السلك أسفل الموصل وادفعه عبر أحد أنابيب توجيه الأسلاك. شد السلك جيداً ووجهه نحو فتحة التوجيه الموجودة في الجزء العلوي من الهيكل، مع جعل مكوك القطب الكهربائي في أعلى العمود. أدخل قطباً كهربائياً بطول 25 millimeter في أنبوب البولي أميد واسحبه للأعلى عبر أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ.

في المكوك. قم بموضع طرف القطب بحيث يكون بمستوى النهاية السفلية لأنبوب البولي أميد. بعد ذلك، قم بقص القطب على ارتفاع ملليمتر واحد فوق أنبوب المكوك.

استخدم ملقطاً دقيقاً لإزالة العزل من المليمترين الأخيرين من القطب الكهربائي والمليمترين الأخيرين من السلك البلاتيني. أعد وضع القطب الكهربائي بحيث تكون النهاية محاذية لقاع أنابيب التوجيه. ثم أدخل السلك البلاتيني في أنبوب المكوك وثبتهما معاً عن طريق إزاحة قطعة قصيرة من سلك التنجستن بطول 1 mm داخل أنبوب المكوك.

تحقق من وجود تثبيت محكم بين القطب الكهربائي والسلك لضمان توفير اتصال ميكانيكي وكهربائي. ثم حرك المكوك للأعلى وللأسفل على طول عمود الدوران للتأكد من استمرار الحركة بسلاسة. بعد تركيب جميع الأقطاب الكهربائية بنفس الطريقة، اقطع قطعة من السلك الفضي بطول 30 مليمتر لاستخدامها كسلك أرضي.

قم بإزالة مليمتر واحد من العازل من أحد الطرفين وقم بلحامه بمسمار التأريض لتقليل احتكاك الأقطاب الكهربائية بجدران أنبوب التوجيه. ضع قطرة من زيت معدني خفيف عند نهاية أنابيب التوجيه واترك الخاصية الشعرية تسحب الزيت إلى داخل الأنابيب. بعد ذلك، قص مستطيلاً من فيلم الشفافيات بأبعاد 12 مليمتر في 25 مليمتر وقم بطيه على شكل حرف U عريض.

استخدم الغراء لتثبيت هذا الغطاء على الأسطح الخارجية للهيكل. بعد ذلك، قص مستطيلاً من فيلم الشفافية بأبعاد 15 millimeter في 6 millimeter، واستخدم غراء السيانوأكريليت لتثبيته حول الموصل، مع التأكد من أن الحافة الطويلة لقطعة فيلم الشفافية محاذية للحافة العلوية للموصل.

يجب أن يبدو الجهاز النهائي بهذا الشكل. تُظهر الصور التالية تسجيلات نموذجية من النواة القوية للقوس AUM في طائر الزيبرا فينش أثناء سلوكه. تُظهر الصورة الأولى نشاط وحدة منفردة تم تسجيله باستخدام قطب كهربائي من البلاتين والإيريديوم بحجم 10 ميكرون بعد أسبوع واحد من الزرع.

تظهر الصورة التالية تسجيلاً من ذات القطب الكهربائي المستخدم في الصورة السابقة، ولكن تم التقاطه بعد مرور تسعة أسابيع تقريبًا. لاحظ استمرار الجودة العالية للتسجيل من خلال استخدام أقطاب كهربائية ذات مقاومة منخفضة. يمكن تسجيل نشاط متعدد الوحدات مستقر.

تظهر هذه الصورة النهائية نشاط الوحدات المتعددة الذي تم تسجيله باستخدام قطب بلاتيني بمقاومة قدرها one mega oh. وبمجرد إتقان إجراء التجميع، يمكن تجميع المحرك الدقيق بالكامل في غضون خمس ساعات تقريبًا، باستثناء وقت تجفيف الإيبوكسي عند بنائه لأول مرة. ومع ذلك، يمكن تجهيز المحرك لإعادة الاستخدام في أقل من ساعتين.