Name: Micro-Drive-Array für chronische In vivo Recording: Drive Fabrication (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2009-04-20T00:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 3 s
Description: Lernen Sie die Herstellung eines leichten Micro-Drive-Arrays mit 21 unabhängig verstellbaren Schraubenantrieben für chronische elektrophysiologische Aufnahmen bei Ratten. Diese Methode ermöglicht präzise Elektrodenpositionierung und stabile Langzeitmessungen im Verhaltenstier.

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Wir möchten Linus D. Sonne und Jeenah Jung, der den Einsatz von Computer entworfene, 3-D Druck-Laufwerke in unserem Labor für die Aufnahme von Mäusen stammten anzuerkennen. Darüber hinaus möchten wir alle ehemaligen und derzeitigen Wilson Lab Mitgliedern für ihre Beiträge zur Mikro-Laufwerk und Tetrode Technologieentwicklung im Labor bestätigen.

<ol><li> Micro-Drive-Array Überblick Eine komplette Mikro-Laufwerk-Array besteht aus mehreren Komponenten (Abb. 1): <ol><li> Ein Computer gestaltete Kunststoff-Basis, 21 unabhängig beweglichen Mikro-Laufwerke besitzt. </li><li> Eine Kanüle an der Unterseite des Sockels, in denen eine Reihe von stationären Tetrode Führungsrohre gesammelt. </li><li> 21 Micro-Laufwerke, tragen jeweils eine Tetrode und die einzeln angesteuert werden mit einer Schraube. </li><li> Eine Elektrode Schnittstellenkarte für die Zusammenschaltung zwischen Tetroden und Vorverstärker. </li><li> Eine schützende Membran (nicht gezeigt. 1) </li><li> In einem voll bestückten Mikro-Laufwerk-Array, hält der Kunststoff-Basis all micro-Laufwerke. Jedes Mikro-Antrieb führt eine einzige Tetrode. Die Tetrode ist elektrisch mit der Elektrode Schnittstellenkarte an der Spitze der Mikro-Laufwerk-Array verbunden ist, und gelangt durch die stationäre Führungsrohr in Richtung des Gehirns auf den Boden des Mikro-Laufwerk-Array zu verlassen. Drehen der Schraube auf jeder Micro-Laufwerk vor-oder zurückgestellt die Tetrode. </li></ol></li> <li> Konstruktion von Kunststoff-Basis Wir gestalten die Basis der Mikro-Laufwerk in einem 3-D-CAD-Software (SolidWorks). Der Vorteil dieser Inhouse-Design-Prozess ist eine rasche Umsatz und Flexibilität des Designs. In der Wilson-Labor haben wir viele Varianten von diesem Teil auf die spezifischen Anforderungen jedes Experiment orientiert konzipiert. Die 3-D-Modell-Datei ist ein Service-Büro geschickt, wo sie von einem Laser-härtenden flüssigen Harz mittels Stereolithographie gedruckt wird. Turnaround Zeit ist weniger als 2 Tage. Die daraus resultierende Teil ist leicht, wieder verwendbar und können maschinell bearbeitet, um einen Faden zu halten. In diesem Protokoll werden wir ein Laufwerk Basis, die mit einer einzigen Aufnahme vor Ort und die 21 Mikro-Laufwerke hält ausgelegt ist. Der SolidWorks Design-Datei wird auf Anfrage zur Verfügung. </li> <li> Vorbereitung der Kunststoffsockel Die Kunststoff-Basis verarbeitet wird, um die Mikro-Laufwerke und die Schrauben aufnehmen, um die Elektrode Schnittstellenkarte und die schützende Membran befestigen. Es ist nicht möglich, zuverlässig drucken glatt durch Löcher in den Kunststoff-Basis, so gestalten wir unterdimensioniert Löcher, dann erweitern sie durch Bohren. Richten Sie den Bohrer mit der Achse der vorhandenen Loch vor dem Bohren mit sehr geringer Geschwindigkeit. Ein variabler Drehzahl / Drehmoment Bohrmaschine funktioniert gut für diese Aufgabe. <ol><li> Drill der 21 Löcher für die Mikro-Laufwerk Schrauben (Außenring) mit einem # 61-Bit. </li><li> Bohren Sie die 21 Löcher für die Mikro-Laufwerk Stützrohre (Innenring) mit einem # 65-Bit. </li><li> Bohren Sie die Löcher, die verwendet werden, um die Elektrode Schnittstellenkarte und schützende Membran mit einer 1,55 mm etwas anhängen wird. </li><li> Press fit eine Hülse (5 mm lang 20 Ga dünnwandige Edelstahlrohre) in jedem der innere Ring von Löchern mit einer Pinzette oder einer Zange, so dass sie bündig mit dem Kunststoff-Basis. Die Ärmel sorgen für einen reibungslosen Bewegung der Mikro-Laufwerk Stützrohre. Anschließend werden alle Löcher, die Schrauben halten wird angezapft. In gedruckter Kunststoffe, thread-Gewindeformer Ergebnis in haltbarer als die typischen Themen Gewindebohrer. Diese Art von Leitungswasser erfordert größere Führungslöcher. Mit einem Hand-pin vise an den Wasserhahn halten: </li> <li> Tippen Sie die Löcher für die Mikro-Laufwerk Schrauben mit einem Hahn, dass die Schraube Größe verwendet wird (M1.2x0.25) und ein Trockenschmiermittel übereinstimmt. Zum Ausrichten der Armatur mit der Pilotbohrung, legen Sie eine Länge von 23 Ga-Schlauch in die Hülse daneben. </li><li> Unsere Kunststoff-Basis-Design verfügt über einen Wasserhahn Starter für jedes Mikro-Laufwerk Schraubenloch um sicherzustellen, dass die ersten Fäden nicht beim Einfädeln beschädigt. Nachdem alle Gewindebohrungen sind, können diese Leitungswasser Vorspeisen leicht abgeknickt mit einer Rasierklinge. </li><li> Tippen Sie die Löcher, dass die Schrauben für die Elektrode Schnittstellenkarte und die Schutzfunktion der Kegel mit einem 1-72 Leitungswasser halten wird. </li></ol></li> <li> Einsetzen der Elektrode Führungsrohre <ol> <li> Um die Kanüle, dass alle stationären Elektrode Führungsrohre hält, schneiden Sie ein 1,5 cm langes Stück von 13 Ga Edelstahlrohren und Aufrauen der Oberfläche mit einem Dremel Schleifscheibe, um die Haftung von der zahnärztlichen Acryl zu verbessern. </li><li> Legen Sie diese Kanüle in das Loch an der Unterseite des Kunststoff-Basis, stellen Sie sicher, dass es co-linear mit der vertikalen Achse des Antriebs ist, und befestigen Sie es mit zahnärztlichen Acryl-oder Epoxidharz. Lassen Sie 5 bis 7 mm der Kanüle ausgesetzt chirurgische Implantation zu erleichtern. </li><li> Schnitt 21 stationären Elektrode Führungsrohre (flexible Polyimid-Schlauch, Innendurchmesser: 0,0071 &quot;, Außendurchmesser: 0,0116&quot;) mit einer Rasierklinge zu einer Länge von 6 cm. </li><li> Feed the Führungsrohre ein zu einer Zeit in die Hülsen an der Spitze des Antriebs Basis und den ganzen Weg durch den Kollektor Kanüle an der Unterseite. Optisch auf Knicke oder übermäßiges Biegen und ersetzen Rohre überprüfen, wenn nötig. Zur Erleichterung der Einführung und parallele Ausrichtung der Tetrode Führungsrohre, kann man mit der ersten Fütterung das ganze Bündel von 21 Führungsrohre bis in den BeginnSammler Kanüle von unten. Dann, eines zu einem Zeitpunkt, zu entfernen ein Führungsrohr aus dem Bündel und ihn von der Spitze des Kunststoff-Basis durch das Loch, dass es hinter sich gelassen in das Bündel. </li><li> Drücken Sie die Führungsrohre nach unten, bis sie nur 1-2 mm von der Spitze des Kunststoff-Basis zu erweitern. Eine kleine Menge von dünnen Sekundenkleber an den Rohren, wie sie dem Sammler Kanüle Ausfahrt, wobei darauf geachtet, keine Leimfluss bis wir in das Ende der Führungsrohre. </li><li> Verwenden Sie eine frische Rasierklinge zu schneiden Sie das überschüssige aus dem Bündel von Führungsrohren am unteren Rand des Kollektors Kanüle. </li> </ol></li><li> Herstellung von Mikro-Antriebe Jedes Mikro-Antrieb besteht aus einem speziell bearbeiteten Schraube und einem hohlen Stützrohr (Abb. 2). Die Schraube und Stützrohr zusammen, so dass eine Lippe auf die Schraube in Acryl eingebettet ist, befestigt Verlassen Sie die Schraube frei drehen (Abb. 2B). Die Schraube wird in die Kunststoff-Basis versehen, und der Unterstützung Rohr wird dann nach oben oder nach unten getrieben, wenn die Schraube gedreht wird, voran-oder Einfahren des Tetrode, dass es trägt. Zur Erleichterung der Anpassung an die verhalten Tier, ist der Kopf der Schraube in die Form eines halben Zylinders. Erstellen Sie eine benutzerdefinierte Schraubendreher für diese Schraube: <ol><li> Cut 5 cm von 15 Ga Edelstahlrohren. </li><li> Nehmen Sie eine der benutzerdefinierten Schrauben und abzuschleifen das vorstehende Unterlippe. </li><li> Legen Sie die Schraube in den Schlauch, bis die Spitze der Schraube bündig mit dem Ende des Schlauchs. </li><li> Crush den Schlauch um die Gewinde wieder mit einem Paar Gripzangen so dass die Schraube nicht in Bezug auf die Kanüle zu drehen. </li><li> Verwenden Sie einen Stift Schraubstock, um die benutzerdefinierte Schraubenzieher halten. Zur Herstellung der Mikro-Laufwerke verwenden wir ein 3-D gedruckt Kunststoff-Formenbau mit kleinen Brunnen (3 mm x 5 mm, 2 mm tief). Jeder Brunnen hat zwei Löcher in die untere Fläche, 2 mm auseinander, für die Unterstützung Rohr und der Schraube angeordnet. Alternativ können Formen aus einem technischen Kunststoff wie Delrin gefertigt werden, unter Verwendung einer Bohrmaschine, die gut und Löcher zu erzeugen. </li> <li> Bereiten Sie die Form, indem Sie das Loch für die Unterstützung Kanüle mit einem 23 Ga Nadel und tippen Sie das Loch für die Schraube für die Kunststoff-Basis beschrieben, vor. </li><li> Linie der Innenseite der gut mit Teflon-Schmiermittel oder ein dünner Film aus Vaseline, um für die Freigabe der ausgehärteten Dentalmassen Acryl aus der Form ermöglichen .. </li><li> Bewerben Teflon Schmiermittel an einer Schraube und legen Sie sie in die Form mit dem custom made Schraubendreher, bis die Fäden direkt unter dem Boden des Brunnens sind. </li><li> Rauen Sie die oben 2-3 mm einer 14 mm langen Stützrohr (23 Ga Edelstahlrohr) mit einer Schleifscheibe, um die Haftung des zahnärztlichen Acryl zu verbessern. Stecken Sie ihn in der Form, bis die Spitze der Kanüle liegt auf halbem Weg zwischen dem oberen Rand des Brunnens und der Oberseite der Schraube. </li><li> Gießen zahnärztliche Acryl in den Brunnen. Rühren Bewegung wird verwendet, um sicherzustellen, dass die zahnärztliche Acryl in alle Bereiche rund um die Schraube und Stützrohr fließt. Entfernen Sie alle Luftblasen mit einer kleinen Nadel. </li><li> Warten Sie, bis der Zahn-Acryl vollständig geheilt ist (15-30 Minuten) und entfernen Sie dann die Mikro-Laufwerk aus der Form durch Drehen der Schraube gegen den Uhrzeigersinn. </li><li> Es ist wichtig, einen Qualitäts-Check der Mikro-Laufwerke. Überprüfen Sie die ausgehärteten Dentalmassen Acryl auf Risse und / oder Luftblasen, die in der Regel durch zahnärztliche Acryl, die zu dick oder zu dünn war verursacht werden. Stellen Sie außerdem sicher, dass die Schraube und das Stützrohr sind parallel zueinander und dass die Schraube dreht sich reibungslos. Schrauben und Stützrohre von Mikro-Laufwerke, die nicht diesen Kriterien kann geknackt frei von den Zahn-Acryl-und recycelt werden. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 5,6 bis 5.11 bis Sie 21 Mikro-Laufwerke haben. </li></ol></li> <li> Die Endmontage der Mikro-Laufwerk-Array <ol> <li> Lower jedes Mikro-Laufwerk in den Kunststoff-Laufwerk Basis. Jedes Mikro-Laufwerk Stützrohr soll einen reibungslosen Übergang sowohl innerhalb als auch im Ärmel und über seinen stationären Führungsrohr. Vergewissern Sie sich, dass die Führungsrohre nicht aufbiegen, wie die Mikro-Antrieb abgesenkt wird. </li><li> Mit der Mikro-Laufwerke komplett abgesenkt, fügen Sie eine dünne Schicht von dentalen Acryl in das Innere des Laufwerks Ausgangspunkt, um die Elektrode Führungsrohre zu fixieren. </li><li> Beachten Sie, dass die Nichteinhaltung der Mikro-Laufwerke den ganzen Weg vor der Zugabe der zahnärztlichen Acryl niedriger wird in wicking der Acryl bis hin den Ärmeln und Behinderung der Mikro-Laufwerk Bewegung führen. </li><li> Beschriften Sie die Mikro-Laufwerke 1-21. </li><li> Schalten Sie das Laufwerk-Array auf den Kopf und nehmen Sie ein Bild des Bündels von Führungsrohren. Dieses Bild wird verwendet, um den Standort des Führungsrohres, die der jeweiligen Mikro-Laufwerk abzubilden. </li><li> Raise all die Mikro-Laufwerke von mehreren mm. </li><li> Legen Sie eine Polyimid-Trägerrohr (0,005 &quot;) in jedes Führungsrohr aus der Unterseite des Laufwerks Basis. Lassen Sie das Trägerrohr verlängern 1-2 mm von der Spitze der vollständig abgesenkten Mikro-Laufwerk und und notieren auf dem Foto die Identität des entsprechende Micro-drive. </li><li> Kleben Sie dieTrägerrohr für die Mikro-Laufwerk Stützrohr mit 5-Minuten-Epoxy oder Sekundenkleber. Beachten Sie, dass Leim oder Epoxy, die zu dünn ist, wird fließen die Unterstützung Kanüle und behindern freie Bewegung des Mikro-Laufwerk oder, schlimmer noch, fix it, um die Führung Kanüle. Wenn dies geschieht, kann das insbesondere für Kleinst-Antrieb nicht genutzt werden. </li><li> Senken Sie alle Mikro-Laufwerke. Cut alle Trägerrohre bündig an der Unterseite des Kollektors Kanüle mit einem frischen Rasierklinge. </li><li> Zum Schluss die Neuralynx Elektrode Schnittstellenkarte, um das Laufwerk Basis mit zwei Schrauben (Größe: 1-72, Länge: 3 / 16 &quot;). </li></ol></li></ol> An diesem Punkt das Laufwerk-Array ist bereit, mit Tetroden geladen werden. Herstellung von Tetroden, wie man sie in der Mikro-Laufwerke zu laden, und wie man das Laufwerk-Array für chirurgische Implantation vorzubereiten sind die Themen einer späteren Video-Artikel. <img src="/files/ftp_upload/1094/Figure1.png" alt="Abbildung 1" /> Abbildung 1. Modell der fertigen Mikro-Drive Array. Ein Mikro-Laufwerk-Array besteht aus mehreren Hauptkomponenten: einer Kunststoff-Laufwerk Basis; ein Sammler Kanüle aus dem die Tetroden ins Gehirn, 21 Mikro-Laufwerke, die jedes Laufwerk eine einzelne Tetrode; eine Elektrode Schnittstellenkarte, die Vorverstärker verbindet. <img src="/files/ftp_upload/1094/Figure2.png" alt="Abbildung 2" /> Abbildung 2. Benutzerdefinierte Mikro-Laufwerk Schrauben. A. Technische Zeichnungen der benutzerdefinierten Schraube Design. Die Schraube ist mit einem Gewindeteil (M1.2x0.25; 1,2 mm Durchmesser, 0,25 mm / Umdrehung)., Eine halbe Zylinderkopf, dass unsere maßgeschneiderten Schraubenzieher und eine glatte Teil mit Lippe (siehe Detail) übereinstimmt B. Modell komplette Mikro-Laufwerk. Das Stützrohr und benutzerdefinierte Schraube mit Zahnzement verbunden. Die Lippe an der Schraube ist in der zahnärztlichen Zement eingebettet und erlaubt eine freie Rotation während der Fahrt das Stützrohr oben oder unten. Zusätzliche Dateien Wir haben die gedruckten Fahrbasis, die schützende Membran und die Form für den Bau des Mikro-Laufwerke in SolidWorks 2008 3D-CAD-Software: <ul style="list-style-type:none;"><li> Laden Sie die Datei: <a href="/files/ftp_upload/1094/DriveBase.SLDPRT">DriveBase.sldprt</a> welche Modelle des Antriebs Basis und schützende Membran und Kappe enthält. </li><li> Laden Sie die Datei: <a href="/files/ftp_upload/1094/MicroDriveMold.SLDPRT">MicroDriveMold.sldprt</a> , welches Modell des Mikro-Laufwerk Form enthält </li></ul> Der 3D-Druck-Service-Büro können nicht mit nativen SolidWorks-Dateien nicht direkt, sondern erfordert die Design-Dateien in der Stereolithographie CAD-Format (STL). Für Menschen, die keinen Zugang zu SolidWorks Software, aber immer noch gerne auf die bedruckten Teile in der Video-Artikel verwendet verwenden wir auch die Ausführungen im STL-Format als auch: <ul style="list-style-type:none;"><li> Laden Sie die Datei: <a href="/files/ftp_upload/1094/DriveBase.STL">DriveBase.stl</a> , welches Modell der Antrieb Base enthält </li><li> Laden Sie die Datei: <a href="/files/ftp_upload/1094/MicroDriveMold.STL">MicroDriveMold.stl</a> welches Modell von Mikro-Laufwerk Form enthält </li><li> Laden Sie die Datei: <a href="/files/ftp_upload/1094/ProtectionCap.STL">ProtectionCap.stl</a> , welches Modell der Cap für Schutztrichter enthält </li><li> Laden Sie die Datei: <a href="/files/ftp_upload/1094/ProtectionCone.STL">ProtectionCone.stl</a> , welches Modell der Schutztrichter enthält </li></ul>

<ol><li>Yamamoto, J., Wilson, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+chronically+implantable+precision+motorized+microdrive+array+for+freely+behaving+animals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Large-scale chronically implantable precision motorized microdrive array for freely behaving animals.</a> J. Neurophysiol. 100 (4), 2430-2440 (2008).</li>
</ol>

Dieses Protokoll beschreibt die allgemeinen Merkmale des Mikro-Laufwerk Bauprozess. Es wurde erfolgreich geändert werden, um Drive Arrays mit mehreren Aufnahmen Ziele oder kleineren Arrays für Aufnahmen in Mäusen zu erzeugen. Neben der Aufzeichnung aus dem Hippocampus, verwenden viele Forscher diese Laufwerke zu kortikalen und subkortikalen Strukturen Ziel. Der Einsatz von längeren Schrauben erforderlich, um von tieferen Hirnstrukturen aufzuzeichnen. Mit umfangreichen Modifikationen an den Antrieb Basis, Antriebe motori...

<table><tbody><tr><td>3D-gedruckte Kunststoffteile</td><td>Material</td><td>American Precision Prototyping (www.approto.com)</td><td>&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Edelstahlrohr</td><td>Material</td><td>Small Parts (www.smallparts.com)</td><td>&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Zementpulver für zahnmedizinische Anwendungen</td><td>Material</td><td>A-M Systems (www.a-msystems.com)</td><td>525000</td></tr><tr><td>Lösungsmittel für zahnmedizinischen Zement</td><td>Material</td><td>A-M Systems</td><td>526000</td></tr><tr><td>Elektroden-Schnittstellenplatine</td><td>Material</td><td>Neuralynx (www.neuralynx.com)</td><td>EIB-81</td></tr><tr><td>Mikroantriebsschrauben</td><td>Material</td><td>Advanced Machining and Tooling (www.amtmfg.com)</td><td>&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>&amp;rsquo;Tap-Ease&amp;rsquo;-Gewindeschmiermittel</td><td>Werkzeug</td><td>AGS Company</td><td>TA-2</td></tr><tr><td>Polyimidrohr</td><td>Material</td><td>IWG High Performance Conductors (www.iwghpc.com)</td><td>&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Akkubohrschrauber</td><td>Werkzeug</td><td>DeWalt (www.dewalt.com)</td><td>DC750KA </td></tr><tr><td>Drehwerkzeug-Kit mit variabler Drehzahl und Flexwell</td><td>Werkzeug</td><td>Dremel (www.dremel.com)</td><td>3956-02</td></tr><tr><td>Rasierklingen</td><td>Werkzeug</td><td>VWR (www.vwr.com)</td><td>55411-050</td></tr><tr><td>Uhrglas</td><td>Werkzeug</td><td>VWR</td><td>66112-107</td></tr><tr><td>Gewindeschneidwerkzeug für kundenspezifische Schrauben</td><td>Werkzeug</td><td>Balax</td><td>01302</td></tr><tr><td>Gewindeschneider</td><td>Werkzeug</td><td>Small Parts</td><td>HSBT-0172, HSBT-0080 </td></tr><tr><td>Pinzette mit Spannfutter</td><td>Werkzeug</td><td>Vargus</td><td>3SHC1--I </td></tr><tr><td>Bohrer</td><td>Werkzeug</td><td>Small Parts</td><td>&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Bankspannfutter</td><td>Werkzeug</td><td>Panavise</td><td>301</td></tr><tr><td>Dumont-Pinzette Nr. 2</td><td>Werkzeug</td><td>Stoelting (www.stoeltingco.com)</td><td>52100-27</td></tr><tr><td>5-Minuten-Epoxidharz</td><td>Werkzeug</td><td>Allied Electronics (www.alliedelec.com)</td><td>&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Accu-Tek Carbofib-Spitzen-Pinzette</td><td>Werkzeug</td><td>Aven (www.aveninc.com)</td><td>18768 (Muster 304)</td></tr><tr><td>Mikro-Chirurgiescheren</td><td>Werkzeug</td><td>Biomedical Research Instruments (www.biomedinstr.com)</td><td>25-1000</td></tr><tr><td>Xcelite 378M Zangen</td><td>Werkzeug</td><td>Newark</td><td>96F8903</td></tr><tr><td>Mini-Pinzette mit Spannfutter</td><td>Werkzeug</td><td>MSC Industrial Supply (www.mscdirect.com)</td><td>00920314 </td></tr></tbody></table>

micro-drive-array für chronische in vivo recording: drive fabrication

Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Drive Fabrication

Chronische Aufnahme von großen Populationen von Neuronen ist eine wertvolle Technik für die Untersuchung der Funktion neuronaler Schaltkreise in wach verhalten Ratten. Lightweight Aufnahmegeräte Durchführung einer hochdichten Anordnung von Tetroden ermöglichen die gleichzeitige Überwachung der Tätigkeit der Dutzende bis Hunderte von einzelnen Neuronen. Hier beschreiben wir ein Protokoll für die Herstellung von Mikro-Laufwerk-Array mit 21 unabhängig voneinander beweglichen Mikro-Laufwerke. Dieses Gerät wurde erfolgreich von Hippocampus und kortikalen Neuronen in unserem Labor Datensatz verwendet. Wir zeigen, wie eine maßgeschneiderte, 3-D gedruckt Kunststoffboden, dass die Mikro-Antriebe halten vorbereiten. Wir zeigen, wie die einzelnen Mikro-Laufwerke erstellen und wie Sie die komplette Mikro-Laufwerk-Array zu montieren. Weitere Vorbereitung des Laufwerk-Array für die chirurgische Implantation, wie die Herstellung von Tetroden, das Laden von Tetroden in das Laufwerk-Array und Vergoldung, wird in einem nachfolgenden Video Artikel behandelt.

In diesem Protokoll haben wir demonstrieren, wie man ein Mikro-Laufwerk-Array für chronische elektrophysiologischen Ableitungen in Ratten zu fabrizieren.

Micro-Drive-Array für chronische In vivo Recording: Drive Fabrication

Die chronische Aufzeichnung großer Neuronenpopulationen ist eine wertvolle Technik zur Untersuchung der Funktion neuronaler Schaltkreise in wachen, sich bewegenden Ratten.

Dieses Video behandelt den Zusammenbau eines leichten Mikroantriebs-Arrays mit 21 unabhängig voneinander einstellbaren, schraubenangetriebenen Mikroantrieben. Jeder Mikroantrieb steuert die Aufnahmeposition einer einzelnen Elektrode. Die Mikroantriebe sind in einer computergestützt konstruierten Kunststoffbasis befestigt, die sie relativ zum Schädel des bewegten Tieres stabilisiert und die Elektroden in einem dicht gepackten Muster bündelt, das durch eine kleine Kraniotomie in das Gehirn eindringen kann.Die Basis unterstützt außerdem eine Elektroden-Schnittstellenplatine für die Verbindung mit den Aufnahmegeräten, wodurch das Tier am Anfang und am Ende eines Experiments bequem angeschlossen und abgetrennt werden kann. Ein an der Basis befestigter Kunststoffkegel schützt die Mikroantriebe und Elektroden vor Umwelteinflüssen im Rattenkäfig. Hallo, ich bin Faia Postman aus dem Labor von Matt Wilson am PIKA-Institut für Lernen und Gedächtnis am Massachusetts Institute of Technology.Heute zeigen wir Ihnen einen Protokollablauf zur Herstellung eines solchen Mikrotaucharrays. In unserem Labor verwenden wir diese Mikrotaucharrays, um von einer großen Anzahl von Neuronen im Gehirn von Ratten Aufzeichnungen zu machen, beispielsweise aus der Großhirnrinde oder dem Hippocampus. Zunächst zeigen wir Ihnen, wie wir unser Mikrotaucharray konstruiert haben.Dann begeben wir uns in die Werkstatt, wo Steve und Stewart uns zeigen werden, wie man die Rohmaterialien verarbeitet und zu einem voll funktionsfähigen Gerät zusammenbaut. Beginnen wir also. Die Kunststoffbasis wird mithilfe einer computergestützten Konstruktionssoftware entworfen und mittels eines kostengünstigen 3D-Druckverfahrens hergestellt.Wir modellieren außerdem alle anderen Komponenten des Mikroantriebsarrays. Dies ermöglicht es uns, die Größe und das Gewicht des fertigen Antriebs sorgfältig zu steuern. An der Oberseite der Kunststoffbasis befinden sich zwei Lochringe, die die einzelnen Mikroantriebe aufnehmen werden.Das 3D-Modell wird an ein Dienstleistungszentrum gesendet, das die Konstruktion aus einem laserhärtbaren Harz mittels Stereolithografie anfertigt. Dies sollte nur wenige Tage dauern, und das resultierende Bauteil ist leicht und wiederverwendbar. Sobald das Bauteil vom Dienstleistungszentrum eintrifft, müssen wir es für den Einsatz vorbereiten.Gehen wir also zur Werkstatt. Der 3D-Druckprozess kann kleine Bohrungen nicht zuverlässig drucken, daher geben wir in unseren Modellen Bohrungen mit kleinerem Durchmesser vor. Anschließend werden die Bohrungen in der Werkstatt auf die erforderliche Größe gebohrt und eingeschnitten.Es werden drei verschiedene Bohrergrößen verwendet, um die Kunststoffbasis vorzubereiten: ein Bohrer der Größe 61, ein Bohrer der Größe 65 und ein 1,55 Millimeter großer Bohrer im äußeren Ring der Basis. Verwenden Sie eine Handbohrmaschine mit einem Bohrer der Größe 61 bei sehr niedrigen Drehzahlen, um die Führungslöcher vorzubereiten, in die später die Schrauben der Mikroantriebe eingesetzt werden. Bereiten Sie anschließend die Löcher für die Stützrohre des Mikroantriebs vor, indem Sie diese mit einem Bohrer der Größe 65 ausbohren.Bohren Sie mit dem größeren 1,55-Millimeter-Bohrer die Löcher aus, die die Basis mit der Elektroden-Schnittstellenplatine und der Schutzkappe verbinden. Um eine reibungslose Bewegung in der Mikroantriebsvorrichtung sicherzustellen, setzen Sie eine Edelstahlhülse in den inneren Ring der Löcher ein. Jede Hülse sollte mit einer Zange so weit eingepresst werden, bis sie bündig mit der Oberseite der Basis abschließt.Die Schrauben-Vorböhrungen müssen nun verzinnt werden. Verwenden Sie eine Reibahle, um den Gewindebohrer zu halten, und tragen Sie vor dem Gewindeschneiden ein trockenes Schmiermittel auf. Richten Sie den Gewindebohrer aus, indem Sie sicherstellen, dass er parallel zu einem 23-Gauge-Röhrchen ist, das Sie vorübergehend in die benachbarte Hülse einsetzen.Die Löcher, die die Interface-Platine und den Schutzkegel halten, müssen verzinnt werden. Verzinnen Sie diese Löcher manuell auf dieselbe Weise. Das auf Kunststoff basierende Design verfügt über einen Gewindestarter für jedes Schrauben-Vorbohrloch, um sicherzustellen, dass die Anfangsgewinde während des Verzinkungsprozesses nicht beschädigt werden.Nachdem alle Führungslöcher verzinnt sind, können diese Anfängerbohrer leicht mit einer Rasierklinge abgebrochen werden. Die Elektroden werden durch mehrere elektrische Führungsröhrchen zu einer einzelnen Stelle an der Unterseite des Treibers gelenkt.Zunächst müssen wir die Sammelkanüle herstellen, die alle elektrischen Führungsrohre aufnehmen wird. Die Sammelkanüle besteht aus einem 1,5 cm langen Stück Edelstahlrohr. Die Sammelkanüle wird mit Zahnzement befestigt.Um die Haftung zu verbessern, schleifen Sie das Röhrchen vorsichtig mit einer Dremel-Schleifscheibe an und führen Sie diese Kanüle in die Unterseite der Kunststoffbasis ein. Positionieren Sie sie so, dass fünf bis sieben Millimeter der Kanüle außerhalb des Mikroantriebsarrays verbleiben. Zur Erleichterung der chirurgischen Implantation befestigen Sie die Sammelkanüle an der Unterseite der Kunststoffbasis.Bei Verwendung von Dentinacryl sollte dieses mindestens 15 Minuten lang aushärten. Bereiten Sie nun die Führungsrohre vor, indem Sie mit einem Rasiermesser 21 Stück Polyamid zuschneiden. Beginnen Sie diesen Schritt, indem Sie alle 21 Führungsrohre in die Sammelkanüle am unteren Ende der Trägerbasis einführen.Dadurch wird sichergestellt, dass die Röhren alle parallel zueinander liegen. Falls die Röhren im Bündel zu locker oder zu eng sitzen, können Sie mit weniger Röhren beginnen oder nach Bedarf zusätzliche Röhren hinzufügen. Entfernen Sie nun nacheinander jede Führungsröhre und führen Sie sie in eine der Hülse an der Oberseite des Antriebs ein.Führen Sie das Rohr durch die Lücke, die im Bündel der Rohre verbleibt. Überprüfen Sie die Führungsröhren auf Knicke oder enge Biegungen und ersetzen Sie sie bei Bedarf. Stellen Sie die Position jedes Führungsröhrchens so ein, dass es ein bis zwei Millimeter über die Oberseite der Hülse hinausragt.Fügen Sie nun einen kleinen Tropfen dünner Sano Acro Lake-Klebstoff an der Unterseite der Sammelkanüle hinzu. Achten Sie darauf, dass der Klebstoff nicht in die Führungsröhrchen gelangt. Schneiden Sie anschließend mit einer neuen Rasierklinge das Bündel überschüssiger Schläuche an der Unterseite der Sammelkanüle ab.Überprüfen Sie unter dem Stereomikroskop, ob die Röhrchen sauber abgeschnitten und bündig mit der Kanüle abschließen. Jede Elektrode wird über einen eigenen Mikroantrieb vorgeschoben, daher müssen wir 21 Mikroantriebe herstellen und anschließend in die Kunststoffbasis einsetzen. Jeder Mikroantrieb besteht aus einer speziellen Schraube und einem hohlen Stützrohr, die miteinander verbunden sind.Bei Verwendung von Dentalkunststoff verläuft die Elektrode durch das Stützrohr. Die Schraube weist einen nicht gewindeten Teil mit einem kleinen Rand auf, der in den Dentalkunststoff eingebettet ist und es der Schraube auf diese Weise ermöglicht, sich frei zu drehen. Wenn die Schraube in den Kunststoffsockel hineingedreht wird, bewegt sie die Elektrode vorwärts oder zurück.Der Kopf der Schraube hat die Form eines halben Zylinders. Bevor wir die Mikroantriebe herstellen können, müssen wir einen Schraubendreher anfertigen, um unsere Spezialschrauben zu drehen. Unser provisorischer Schraubendreher wird hergestellt, indem man eine Spezialschraube nimmt und den Rand, der den halbzylindrischen Kopf umgibt, vollständig abschleift.Stecken Sie den Schraubenkopf in eine 15-Gauge-Röhre von fünf Zentimeter Länge, bis er vollständig umhüllt ist. Zerkleinern Sie nun die Röhre um die Gewindegänge der Schraube, um diese in der Röhre zu befestigen und ein Drehen zu verhindern. Befestigen Sie eine Mini-Spannzange als Griff – und voilà: ein Schraubendreher.Der Mikroantrieb wird hergestellt, indem Zahnacryl um die Schraube und die Stützhülse gegossen wird. Die Formen, die wir verwenden, bestehen aus 3D-gedrucktem Kunststoff, genau wie die Kunststoffbasis, und weisen Löcher in der Unterseite auf, die die Schraube und den Stützstab während des Gießens des Acryls in der Form ausrichten. Zunächst müssen wir die Form vorbereiten, indem wir das Loch für die Stützhülse mit einer 23-Gauge-Nadel freipusten, das Schraubenloch säubern und Gewinde mit einem Gewindeschneider anlegen.Dies ist dasselbe Verfahren, das wir zuvor auf der Kunststoffbasis angewendet haben. Nun ist die Form bereit, um Mikroantriebe herzustellen. Streichen Sie die Form mit einem auf Teflon basierenden Schmiermittel aus, um zu verhindern, dass die Zahnaufbaumassee an der Form haften bleibt.Rauen Sie die oberen zwei bis drei Millimeter einer 14 Millimeter langen Stützstange aus rostfreiem Stahl mit einer Schleifscheibe auf, damit sie fest in der Tiefe des Acryls verankert wird. Stecken Sie die Stützstange in das kleinere Loch der Form, sodass die Oberseite der Stange über der Oberseite des Wells liegt. Tragen Sie einen dünnen Film aus teflonbasiertem Schmiermittel auf eine Schraube auf und führen Sie sie in das Gewindebohrung ein, bis die Gewinde sich knapp unterhalb der Unterseite des Wells befinden.Mischen Sie nun etwas Zahnacryl an und gießen Sie es in die Form. Achten Sie darauf, dass es in alle Ecken und Winkel gelangt. Eine Nadel kann helfen, Luftblasen zu entfernen, sobald das Acryl gehärtet ist.Sie können das Mikrotriebwerk entfernen, indem Sie die Schraube lösen. Führen Sie eine strenge Qualitätsprüfung durch. Es sollten keine Risse oder Blasen im Acryl vorhanden sein.Die Säule und die Schrauben sollten parallel sein und sich nicht seitlich bewegen lassen. Die Schrauben sollten sich gleichmäßig drehen lassen, jedoch ohne Spiel; alle defekten Mikroantriebe sollten auseinandergenommen und die Teile wiederverwendet werden. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis Sie 21 funktionstüchtige Mikroantriebe erhalten haben.Wenn Ihre Form mehrere Vertiefungen aufweist, können Sie die Mikroantriebe und -chargen herstellen, um Zeit zu sparen. Richten Sie jeden Mikroantrieb sorgfältig an einem Paar von Löchern in der Kunststoffbasis aus. Stecken Sie das Stützrohr des Mikroantriebs über das Poly-me-Führungssystem und in die Metallhülse, während Sie mit dem Schraubendreher die Mikroantriebsschraube voranbringen.Das kann schwierig sein. Achten Sie darauf, dass sich das Führungsrohr beim Absenken des Mikroantriebs nicht in einer Beule verfängt, indem Sie die Mitte der Basis im Auge behalten. Sobald alle Mikroantriebe an ihrem Platz sind und vollständig abgesenkt wurden, wird eine kleine Menge Acryl in die Mitte des Antriebs gegeben, um den Strauß der Führungsrohre zu fixieren.Lassen Sie das Acryl 15 Minuten lang aushärten. Sobald das Acryl trocken ist, ziehen Sie jeden Mikroantrieb um etwa drei Millimeter zurück, erstellen Sie eine schematische Draufsicht der Mikroantriebe und geben Sie jedem Mikroantrieb einen eindeutigen Namen oder eine eindeutige Nummer. Blicken Sie nun durch das Stereomikroskop, drehen Sie den Antrieb auf den Kopf und machen Sie ein Bild von der Unterseite der Sammelkanüle und der Führungsrohre.Erstellen Sie einen Ausdruck des Bildes, der als Referenz in den folgenden Schritten verwendet werden kann. Drehen Sie anschließend die Vorrichtung um und führen Sie ein schmales Polyamid-Trägerrohr in jedes Führungsrohr ein, bis es oben aus einem Mikroantrieb austritt. Notieren Sie auf dem Foto, welches Führungsrohr welchem Mikroantrieb entspricht.Das Trägerrohr wird später die empfindlichen Elektrodenkabel schützen und stützen. Es verläuft durch die Mikroantriebseinheit. Verlängern Sie jedes Trägerrohr, bis es einen Zentimeter über der Oberkante des Trägerrohrs der Mikroantriebseinheit liegt, und kleben Sie das Trägerrohr dann mit Fünf-Minuten-Epoxidharz oder dickem Sano Acro Lake-Kleber an dem Trägerrohr fest. Seien Sie bei diesem Schritt sehr vorsichtig. Wenn Klebstoff an der Innenseite des Stützrohrs herunterläuft, kann dies das Stützrohr mit dem feststehenden Führungsrohr verbinden und dadurch den Mikroantrieb beschädigen. Aus diesem Grund heben wir die Mikroantriebe an, bevor die Trägerrohre eingesetzt werden.Nachdem alle Trägerrohre an ihrer Position verklebt sind, senken Sie die Mikroantriebe vollständig ab und schneiden Sie alle Trägerrohre mit einer frischen Rasierklinge bündig an der Unterseite des Antriebs ab. Schneiden Sie anschließend die Trägerrohre mit einer scharfen Schere ein bis zwei Millimeter oberhalb der Oberseite des Mikroantriebs ab. Legen Sie schließlich die Elektroden-Schnittstellenplatine auf die Antriebsbasis und befestigen Sie sie mit zwei Schrauben.An diesem Punkt ist das Treiber-Array bereit, mit Elektroden und unseren Experimenten beladen zu werden. Üblicherweise verwenden wir Vier-Kanal-Mikrodraht-Elektroden, sogenannte Tetroden, aber jede Art von Elektrode kann verwendet werden. Die Herstellung von Tetroden, die Einbringung in die Mikrotreiber sowie die Vorbereitung des Treiber-Arrays für die chirurgische Implantation werden in anderen JoVE-Videos behandelt.Dieses Protokoll kann direkt befolgt oder angepasst werden, um Ihren Anforderungen gerecht zu werden. Beispielsweise benötigen einige Forscher längere Schrauben, um von tiefer liegenden Hirnstrukturen aufzuzeichnen. Andere möchten möglicherweise einen Manipulator entwerfen, der mehr als einen Hirnbereich ansteuert.Das Design kann außerdem durch leicht stärkere Modifikationen miniaturisiert werden, um es bei kleineren Tieren wie Mäusen einzusetzen; dabei können motorisierte Mikroantriebe verwendet werden, die eine ferngesteuerte Justierung der Elektrodenpositionen ermöglichen. Soeben haben wir Ihnen gezeigt, wie man eine Mikroantriebsanordnung konstruiert und herstellt, die auf dem Kopf einer Ratte implantiert werden kann und die Aufnahme von Aktivitäten großer Neuronenpopulationen ermöglicht, während sich das Tier frei bewegt. Bei dieser Prozedur ist es wichtig, sorgfältig die Löcher in der Kunststoffbasis zu verankern, damit die Schrauben der Mikroantriebe nicht verrutschen.Führen Sie eine gründliche Qualitätsprüfung der hergestellten Mikroantriebe durch. Stellen Sie sicher, dass die Schraube und das Stützrohr parallel zueinander liegen und dass sich die Schraube reibungslos ohne Spiel drehen lässt. Achten Sie darauf, beim Verwenden von Klebstoff oder Dentacryl, versehentlich keine der Schläuche zu verstopfen. Beachten Sie abschließend, dass Sie zur Vervollständigung des MyDrive-Arrays und vor Durchführung der Operation Tetros und eine niedrige Dosis in den Drive einbauen müssen. Dies wird in einem anderen JoVE-Videoartikel behandelt. Das war's also.Vielen Dank fürs Zuschauen und viel Erfolg bei Ihren Experimenten.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Biology

Biologie

In diesem Protokoll zeigen wir, wie in der Herstellung und dem Zustand Tetroden für die Verwendung mit einem Mikro-Laufwerk-Array, das für die chronische elektrophysiologischen Ableitungen in Ratten entworfen wurde. Darüber hinaus zeigen wir die Endphase der Mikro-Laufwerk-Array Konstruktion, die Installation Erdungskabel und eine schützende Membran enthält.

Micro-Drive-Array für chronische In vivo Recording: Tetrode Assembly

Das Design, die Fertigung und Montage von einer ultra-light motorisierten Microdrive beschrieben. Das Gerät bietet eine kostengünstige und einfach zu bedienende Lösung für chronische Aufnahmen von einzelnen Einheiten in kleinen verhaltenden Tier.

Konstruktion und Montage eines Ultra-light Motorisierte Microdrive für chronische Neural Recordings in Kleintiere

Das Video demonstriert die gleichzeitige elektrophysiologische Aufzeichnung von mehreren Gehirnregionen bei einer Ratte unter Verwendung eines integrativen Mikroantriebsarrays. Aufzeichnungselektroden werden im Riechkolben platziert, Referenzelektroden im frontalen Kortex und Mikroantriebs-Array-Elektroden im Hippocampus. Die Ratte kann frei nach Futter suchen, und die gleichzeitige Aufzeichnung von allen implantierten Elektroden wird mit dem Array aufgezeichnet.

Eine Micro-Drive-Array-Methode zur elektrophysiologischen Aufzeichnung von mehreren Hirnregionen

Die Konstruktion und Montage von Mikroantriebe für in vivo elektrophysiologischen Aufnahmen von Gehirn Signale von der Maus beschrieben. Durch das Anbringen Mikroelektroden Bundles robust fahrbare Träger erlauben diese Techniken für die langfristige und stabile neuronale Aufnahmen. Das leichte Design ermöglicht uneingeschränkte Verhaltensleistung durch das Tier folgende Laufwerk Implantation.

Bau Microdrive Arrays für chronische Neural Recordings in Awake benimmt Mäuse

Um die neuronalen Substrate des Verhaltens zu verstehen, ist die Aufzeichnung von Gehirnschaltkreis-Ensembles erforderlich. Aufgrund ihrer genetischen Rückverfolgbarkeit bietet die Maus ein Modell für die Dissektion von Schaltkreisen und die Nachahmung von Krankheiten. Hier wird ein Verfahren zum Entwerfen und Herstellen miniaturisierter Sonden beschrieben, das geeignet ist, die tiefe Hirnstruktur in der Maus gezielt zu untersuchen.

Design und Fertigung von Ultraleichtgewicht, verstellbare Multi-Elektroden-Sonden für elektrophysiologischen Ableitungen in Mäuse

Unten beschrieben ist ein Verfahren zur Implantation mehrerer Polymerelektrodenarrays über anatomisch entfernte Hirnregionen zur chronischen elektrophysiologischen Aufzeichnung bei frei beweglichen Ratten. Vorbereitung und chirurgische Implantation werden ausführlich beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf Designprinzipien liegt, die die Anpassung dieser Methoden für den Einsatz bei anderen Arten leiten.

Chronische Implantation mehrerer flexibler Polymerelektroden-Arrays

Dieses Protokoll beschreibt die Konstruktion eines Hybrid-Mikroantriebs-Arrays, das die Implantation von neun unabhängig einstellbaren Tetroden und einer einstellbaren Opto-Silizium-Sonde in zwei Hirnregionen in frei beweglichen Mäusen ermöglicht. Ebenfalls demonstriert ist eine Methode zur sicheren Wiederherstellung und Wiederverwendung der Opto-Silizium-Sonde für mehrere Zwecke.

Hybrid Microdrive System mit wiederherstellbarer Opto-Silikon-Sonde und Tetrode für Dual-Site High Density Recording in frei beweglichen Mäusen

Wir beschreiben hier eine Methode zur Herstellung von Ti3C2 MXene Mikroelektroden-Arrays und deren Verwendung für die in vivo-neurale Aufnahme.

Herstellung von Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays für In Vivo Neural Recording

Dieses Protokoll beschreibt ein Verfahren zur Konstruktion von Kohlefaser-Mikroelektroden-Arrays für chronische und akute in vivo elektrophysiologische Aufnahmen in Maus (Mus musculus) und Frettchen (Mustela putorius furo) aus mehreren Hirnregionen. Jeder Schritt nach dem Kauf von Rohkohlenstofffasern zur Mikroelektroden-Array-Implantation wird detailliert beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf der Konstruktion von Mikroelektroden-Arrays liegt.

Konstruktion und Implementierung von Kohlefaser-Mikroelektroden-Arrays für chronische und akute In-vivo-Aufnahmen

In dieser Arbeit beschreiben wir ein Mikroantriebsdesign, ein chirurgisches Implantationsverfahren und eine postoperative Erholungsstrategie, die chronische Feld- und Einzelableitungen von mehreren Hirnregionen gleichzeitig bei juvenilen und heranwachsenden Mäusen über ein kritisches Entwicklungsfenster vom 20. postnatalen Tag (p20) bis zum 60. postnatalen Tag (p60) und darüber hinaus ermöglichen.

Ein leichtes Antriebsimplantat für chronische Tetrodenableitungen bei juvenilen Mäusen

Hier stellen wir ein leichtes, kostengünstiges Sondenimplantatsystem für die chronische Elektrophysiologie bei Nagetieren vor, das für Benutzerfreundlichkeit, Sondenwiederherstellung, experimentelle Vielseitigkeit und Kompatibilität mit dem Verhalten optimiert ist.

Das DREAM-Implantat: ein leichtes, modulares und kostengünstiges Implantatsystem für die chronische Elektrophysiologie bei kopffesten und sich frei verhaltenden Mäusen

Lernen Sie die Herstellung eines leichten Micro-Drive-Arrays mit 21 unabhängig verstellbaren Schraubenantrieben für chronische elektrophysiologische Aufnahmen bei Ratten. Diese Methode ermöglicht präzise Elektrodenpositionierung und stabile Langzeitmessungen im Verhaltenstier.

Micro-Drive-Array für chronische In vivo Recording: Drive Fabrication

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