用于慢性体内记录的微型驱动阵列：驱动器制备

本视频将介绍一种轻量型微驱动阵列的组装，该阵列包含21个可独立调节的螺杆驱动微驱动器。每个微驱动器控制一根电极的记录位置。这些微驱动器安装在计算机设计的塑料基座上，可在动物移动时相对于颅骨稳定其位置，并将电极汇聚成紧密排列的模式，使其能够通过一个小的颅骨开窗进入脑内。

底座还支持电极接口板，可用于连接记录仪器，从而在实验开始和结束时方便地将动物接入和断开。附着在底座上的塑料锥形罩可保护微型驱动器和电极免受大鼠笼内环境因素的影响。大家好，我是来自麻省理工学院PIKA学习与记忆研究所Matt Wilson实验室的Faia Postman。

今天我们将向您展示一种微电极阵列的制备方案。在我们的实验室中，我们利用这些微电极阵列记录大鼠脑内大量神经元的活动，例如来自大脑皮层或海马体的神经元。首先，我们将向您介绍我们如何设计这种微电极阵列。

接下来，我们将前往车间，史蒂夫和斯图尔特将向我们展示如何处理原材料，并将其组装成一个功能完整的装置。那么，让我们开始吧。该塑料基座使用计算机辅助设计软件进行设计，并通过低成本的3D打印工艺制造而成。

我们还对微驱动阵列的所有其他组件进行建模，这使得我们能够精确控制最终驱动装置的尺寸和重量。在塑料基座的顶部，有两个环形排列的孔，用于安装各个微驱动装置。

将3D模型发送至服务部门，该部门将使用立体光刻技术，通过可激光固化的树脂来构建该设计。此过程仅需几天时间，所得部件轻便且可重复使用。一旦部件从服务部门送达，我们需要为其投入使用做好准备。

现在让我们前往车间。3D打印工艺无法可靠地打印出小孔，因此我们在模型中先设计较小直径的孔，然后在车间中将这些孔钻孔并攻丝至所需尺寸。

使用三种不同尺寸的钻头来制备塑料基座：61号钻头、65号钻头以及用于基座外环的1.55毫米钻头。使用手钻并安装61号钻头，在极低转速下钻出导孔，后续将用于插入微型驱动螺钉。接着，使用65号钻头在基座上钻出用于微型驱动支撑管穿入的孔。

使用较大的 1.55 毫米钻头，钻出用于将基座连接到电极接口板和保护锥的孔。为确保微驱动装置运动顺畅，将不锈钢套管插入内圈的孔中。每个套管都应使用钳子压入，直至与基座顶部齐平。

现在需要对螺钉导孔进行攻丝。使用小手钳夹持丝锥，并在攻丝前涂抹干性润滑剂。将丝锥与临时插入相邻套管中的23号规格管子保持平行，以确保其完全对齐。

用于固定接口板和保护锥的孔需要进行攻丝。以相同方式手动攻丝这些孔。基于塑料的设计为每个螺钉导孔配备了攻丝起始结构，以确保攻丝过程中初始螺纹不会受损。

所有导孔攻丝完成后，可使用剃刀片轻松将这些丝锥启动器折断移除。电极通过多个电极导向管引导，汇聚至驱动器底部的单一位置。

首先，我们需要制作用于固定所有电极导管管的收集套管。收集套管由一段长1.5厘米的不锈钢管制成。收集套管将用牙科水泥固定。

为了增强粘附性，请使用Dremel研磨轮小心地将导管表面粗糙化，然后将此套管插入塑料底座的底部。调整其位置，使套管有5至7毫米的部分露在微驱动阵列外部。为便于手术植入，需将收集套管固定在塑料底座的底部。

使用牙科丙烯酸树脂时，需使其固化至少15分钟。接下来，用剃刀片切割21段聚酰胺材料，制备导管。此步骤首先将全部21根导管从基座底部插入集管套管中。

这将确保所有管子彼此平行。如果管束中的管子过松或过紧，可根据需要减少或增加管子的数量。现在，逐个移除每根导管，并将其插入驱动器顶部的其中一个套管中。

将导管穿过管束中留出的左侧间隙。检查导引管是否有折痕或过度弯曲，必要时予以更换。调整每根导引管的位置，使其从套管顶端伸出一至二毫米。

现在，在收集套管的底部加入少量稀释的 Sano Acro Lake 胶。务必小心，避免胶水流入导管中。接下来，使用新的刀片从收集套管底部将多余的管束切断。

在体视显微镜下确认管子被整齐地切割，并与套管齐平。每个电极由独立的微型驱动装置推进，因此我们需要制作21个微型驱动装置，然后将其插入塑料底座中。每个微型驱动装置由一个定制螺丝和一个中空支撑管组成，二者相互连接。

使用牙科丙烯酸树脂时，电极将穿过支撑管。螺钉具有一段无螺纹部分，其带有一个小凸缘，嵌入牙科丙烯酸树脂中，从而使螺钉能够自由旋转。当螺钉旋入塑料基座时，可推动或回撤电极。

螺丝的头部呈半圆柱形。在制作微型驱动器之前，我们需要先制作一把螺丝刀来转动我们定制的螺丝。我们的临时螺丝刀是通过取一枚定制螺丝，并将环绕半圆柱形头部的凸缘完全磨平而制成的。

将螺丝头插入一根长五厘米、15号规格的管子中，直至完全包覆。现在，将管子在螺丝螺纹处压紧，使其固定在管内且无法转动。安装一个微型手摇钻夹头作为手柄，即制成一把螺丝刀。

微型驱动装置是通过在螺钉和支撑管周围模塑牙科丙烯酸树脂制成的。我们使用的模具与塑料基座一样，均为3D打印塑料，其底部有孔，可在将丙烯酸树脂倒入模具时保持螺钉和支撑柱的对齐。首先，我们需要准备模具，使用23号针头清理支撑管孔道，清理螺钉孔道，并用丝锥加工出螺纹。

这与我们之前在塑料底座上使用的方法相同。现在模具已准备好用于制作微型驱动装置。在模具内涂抹基于聚四氟乙烯的润滑剂，以防止牙科丙烯酸树脂粘附到模具上。

使用砂轮打磨一根长14毫米、23号规格的不锈钢支撑柱顶端的最上两到三毫米，使其能够牢固地固定在丙烯酸材料的深度中。将支撑柱插入模具的较小孔中，使柱的顶端高于井的顶部。在螺钉上涂抹一层聚四氟乙烯基润滑剂，然后将其旋入螺纹孔中，直至螺纹部分刚好位于井底下方。

现在混合一些牙科丙烯酸树脂，并倒入模具中。确保其进入所有角落和缝隙。待丙烯酸树脂硬化后，可用一根针帮助去除气泡。

可通过旋出螺丝来拆卸微型驱动装置。进行严格的质检。丙烯酸材料中不应有任何裂纹或气泡。

固定柱和螺钉应保持平行，且不能发生侧向移动。螺钉应能平稳旋转，且无松动现象；任何存在缺陷的微型驱动装置均应拆解，其可用部件可重复利用。重复此过程，直至获得21个完好的微型驱动装置。

如果您的模具具有多个孔，则可以批量制作微型驱动装置以节省时间。将每个微型驱动装置与塑料底座上的一对孔仔细对齐。在使用螺丝刀推进微型驱动装置螺钉的同时，将微型驱动装置支撑管套在聚合物导管上，并插入金属套管中。

这一步可能较为困难。在降低微驱动装置时，需始终注意基座中心，确保导管不会被基座的凸起部分卡住。当所有微驱动装置就位并完全降下后，向驱动装置中心滴加少量丙烯酸树脂，以固定成束的导管。

让丙烯酸树脂固化15分钟。待丙烯酸树脂干燥后，将每个微型驱动装置回缩约三毫米，绘制微型驱动装置的俯视示意图，并为每个微型驱动装置赋予唯一的名称或编号。现在在体视显微镜下，将驱动装置翻转倒置，拍摄收集套管和导向管底部的照片。

打印一张图片，以便在后续步骤中作为参考。接着，将驱动装置倒置，将一根细的聚酰胺导管插入每个导引管中，直至其从微型驱动装置的顶部穿出。在照片上注明每个导引管对应的是哪一个微型驱动装置。

载体管随后将保护并支撑精细的电极丝。它穿过微驱动装置。将每根载体管延伸至微驱动支撑管顶部上方一厘米处，然后使用五分钟环氧树脂胶或浓稠的Sano Acro Lake胶将载体管粘接到支撑管上。

此步骤需格外小心。若胶水滴入支撑管内壁，可能导致支撑管与固定导管粘连，从而损坏该微型驱动装置。因此，我们在插入载体管之前需先将微型驱动装置抬起。

当所有导管固定到位后，再次完全降下微型驱动装置，并使用新的剃须刀片在驱动装置底部将所有导管齐平切断。接着，使用锋利的剪刀在微型驱动装置顶部上方一至两毫米处切断导管。最后，将电极接口板放置在驱动装置底座上方，并用两颗螺丝固定。

此时，驱动阵列已准备好装载电极并用于实验。我们通常使用四通道的多丝电极（称为tetros），但也可使用其他类型的电极。tetros的制备方法、如何将其装入微驱动装置，以及如何准备驱动阵列以进行手术植入等内容，在其他JoVE视频中已有介绍。

本方案可直接遵循，也可根据您的需求进行修改。例如，某些研究人员可能需要更长的螺钉以记录更深部脑结构的信号，而另一些研究人员可能希望设计一种可同时靶向多个脑区的驱动装置。

该设计还可进一步微型化，经过稍多修改后可用于小鼠等体型较小的动物；此外，也可采用可电动调节的微型驱动装置，从而实现对电极位置的远程调节。我们刚刚向您展示了如何设计和制备一种微型驱动阵列，该装置可植入大鼠头部，使我们能够在动物自由活动时记录大量神经元的活动。在进行此操作时，需特别注意：应仔细攻丝塑料基底上的孔洞，以确保微型驱动螺钉不会打滑。

对制备的微型驱动装置进行严格的质检。确保螺钉与支撑管平行，且螺钉转动顺畅无松动。使用胶水或牙科丙烯酸树脂时需小心，避免意外堵塞任何管路。

最后，请记住，在完成 MyDrive 阵列的组装以及进行手术之前，您需要将 tetrodes 和低剂量物质装入驱动装置中。这一过程在另一篇 JoVE 视频文章中有详细说明。就这些。

感谢观看，祝您的实验顺利。