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

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, einen ultraleichten motorisierten Mikroantrieb zusammenzubauen, der für stabile extrazelluläre Ableitungen an bewegungsfähigen kleinen Tieren geeignet ist. Dies wird erreicht, indem zuerst der Verbinder und der Motor sicher auf dem Chassis befestigt werden. Der zweite Schritt besteht darin, das Shuttle der Form des Chassis anzupassen und die Shuttle-Röhrchen anzubringen.

Anschließend werden die Elektrodenführungsrohre installiert und die Aufnahmeelektroden in den Mikroantrieb eingesetzt. Abschließend werden transparente Abdeckungen angebracht, um die Elektroden und Leitungen vor versehentlichen Beschädigungen zu schützen. Wenn der beschriebene Mikroantrieb ordnungsgemäß zusammengebaut und implantiert ist, kann er zur Ableitung extrazellulärer Aktivität über einen Zeitraum von bis zu 10 Wochen verwendet werden.

Unsere Konstruktion und Montageanleitung haben sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt, um die Handhabung zu vereinfachen und die Kosten zu minimieren, sodass sie für eine breitere Forschergruppe praktischer und zugänglicher ist als viele zuvor veröffentlichte Versionen. Hier ist ein vollständiger Mikroantrieb dargestellt. Er besteht aus mehreren Hauptkomponenten: einem Chassis, das als übergeordnete Struktur des Antriebs dient, einem Motor mit einer fein verzinnten Abtriebswelle, einem verzinnten Schieber, der die Elektroden trägt und einen Anschlusspunkt für die elektrische Verbindung bereitstellt, sowie einem Noetics-Stecker, der ebenfalls an den Schieberrohren, Elektroden und Elektrodenführungsrohren gezeigt wird.

Die Chassis-Elektrodenschleuse und die Elektrodenschleusenrohre sind kundenspezifische Komponenten, die mit einer 3D-CAD-Software entworfen und von einem lokalen Präzisionsmechaniker gefertigt wurden. Alle anderen Komponenten sind im Handel erhältlich. Verwenden Sie zuerst Seitenschneider, um die Kontaktpins an der Unterseite des Steckverbinders abzukürzen.

Kürzen Sie die hintere Reihe der Stifte auf 1,5 Millimeter und die vordere Reihe auf einen Millimeter, wie in diesem Schema dargestellt. Befestigen Sie anschließend das Chassis vorsichtig in einer kleinen Schraubzwinge mit der offenen Kammer nach unten und verwenden Sie Cyanacrylat-Kleber, um vier 15 Millimeter lange Polyamidschläuche am Chassis anzubringen, sodass diese bündig mit der hinteren Chassis-Oberfläche abschließen und parallel zueinander ausgerichtet sind, wie hier gezeigt. Sobald der Cyanacrylat-Kleber getrocknet ist, kürzen Sie die Polyamidschläuche auf etwa sechs Millimeter Länge und entfernen Sie die Tailleabschnitte.

Die verbleibenden Schlauchabschnitte sollten etwa drei Millimeter vom unteren Rand des Chassis entfernt sein. Als Nächstes verwenden Sie Epoxidharz am Chassis, um einen kleinen Sockel für den Anschlussstecker zu bauen. Stellen Sie den Anschlussstecker darauf und geben Sie zusätzliches Epoxidharz um den Anschlussstecker herum hinzu.

Die Anschlussfläche sollte einige Millimeter über den Polyamidrohren liegen und parallel zur Chassis-Oberfläche ausgerichtet sein. Sobald der Epoxidharz vollständig ausgehärtet ist, entfernen Sie das Chassis aus der Schraubzwinge und übertragen es auf eine Haltevorrichtung, wobei die vordere Fläche nach oben zeigt. Führen Sie dann die Motorleitungen durch das Loch im Chassis und schieben Sie den Motor in die Nut der Basis.

Nachdem überprüft wurde, dass der Motor und die Antriebswelle parallel zum Chassis liegen und fest an der Unterseite und Seite anliegen, den Motor mit dem Chassis verkleben. Sobald der Klebstoff ausgehärtet ist, das Chassis drehen, sodass die Anschlussbuchse zugänglich ist. Um mechanische Belastungen an Motor und Leitungen zu verringern, eine kleine Menge schnell härtenden Epoxidklebstoffs an den Stellen auftragen, an denen die Leitungen aus dem Chassis austreten. Anschließend die Adern abschneiden und an die entsprechenden Kontakte der Anschlussbuchse löten.

Prüfen Sie den Motor, um eine gleichmäßige Wellenrotation in beide Richtungen sicherzustellen, und fahren Sie anschließend mit dem Zusammenbau der Elektroden-Schubstange fort. Überprüfen Sie zunächst die Passform der Schubstange, indem Sie sie vorsichtig auf die Motorwelle schieben und über die gesamte Länge der Antriebswelle auf und ab bewegen. Bei niedriger Drehzahl.

Die Laufschlitten sollten exakt in das Gehäuse passen und sich weder im Antrieb verklemmen noch dazu führen, dass die Motornabe aufhört, sich zu drehen. Wenn sich der Laufschlitten nicht gleichmäßig entlang der Welle bewegt, überprüfen Sie die Oberfläche des Gehäuses und der Antriebsschraube auf Rückstände.

Entfernen Sie jeglichen Schmutz mit feinen Pinzetten oder Druckluft und bestreichen Sie dann das Gewinde mit leichtem Maschinenöl, bevor Sie die Passform erneut überprüfen. Falls die Laufschnecke zu fest sitzt, verwenden Sie Pinzetten und einen feinkörnigen Nassschleifstein, um störendes Material von der Seite der Laufschnecke zu entfernen. Achten Sie darauf, das Material gleichmäßig zu entfernen.

Schließlich, wenn die Laufschnecke lose ist, was sich durch Kippen und Vibrationen während der Bewegung zeigt, befestigen Sie einen kleinen Streifen Transparentfolie an der Laufschnecke, um den Spalt zwischen ihr und der Chassis-Oberfläche auszufüllen. Sobald eine passgenaue Verbindung erreicht ist, nehmen Sie die Laufschnecke vom Schaft ab und drücken Sie ein Edelstahlröhrchen in jedes der vier großen Löcher der Laufschnecke, wobei sichergestellt werden muss, dass die Röhrchen mittig auf der Laufschnecke sitzen und die Enden aller vier Röhrchen bündig abschließen, wie hier gezeigt. Geben Sie einen kleinen Tropfen Cyanacrylat-Kleber an die Basis jedes Röhrchens, wobei darauf zu achten ist, dass der Kleber weder auf die Kanten der Laufschnecke noch in die Röhrchen gelangt. Sobald der Kleber getrocknet ist, ziehen Sie die fertig montierte Elektroden-Laufschnecke wieder auf die Antriebswelle auf und schieben sie vollständig bis zum Grund des Gewindes.

Schneiden Sie vier 25 mm lange Abschnitte aus Polyamidrohr für die Verwendung als Elektrodenhalterungen zu. Zusätzlich schneiden Sie vier Elektroden in 40 mm lange Abschnitte für die Verwendung als Platzhaltereinsätze während der Montage. Stecken Sie jeden Tubusabschnitt auf eine Platzhaltereinsatzelektrode, sodass die Elektrode etwa 10 mm über das Ende des Tubus hinausragt.

Ordnen Sie nun jeden der Polyamidröhrchen entsprechend der hier gezeigten Anordnung im Chassis an. Mischen Sie eine kleine Menge Schnellgussmasse und tragen Sie diese etwa zwei Millimeter unterhalb des oberen Endes der Elektrode auf; lassen Sie sie anschließend trocknen. Entfernen Sie danach die Platzhalterelektroden und positionieren Sie die freien Enden der Elektrodenführungen so um, dass sie am unteren Ende des Drives ein enges Bündel bilden.

Wickeln Sie gegebenenfalls einen feinen Draht um die Elektroden, um sie an Ort und Stelle zu halten. Befestigen Sie dann die neue Position mit Schnellgips, wie hier gezeigt. Verwenden Sie ein scharfes Skalpell, um die Elektrodenröhrenführungen dort zu kürzen, wo sie unterhalb des Mikroantriebs herausragen.

Diese Röhrchen leiten schließlich die Elektroden zur Oberfläche des Gehirns, sodass die gewählte Länge von der Anatomie der Implantationsstelle abhängt. Anschließend einen 30 Millimeter langen Abschnitt isolierten Platindraht abschneiden und ein Millimeter Isolierung von einem Ende entfernen. Danach das freigelegte Ende an einen der Signalstifte des Anschlusses löten.

Biegen Sie dann den Draht unter dem Anschluss und führen Sie ihn durch eines der Drahtführungsröhrchen. Ziehen Sie den Draht straff und führen Sie ihn in den Führungsschlitz an der Oberseite des Gehäuses, wobei sich die Elektrodenspindel an der Spitze der Welle befindet. Führen Sie eine 25 Millimeter lange Elektrode in das Polyamidröhrchen ein und ziehen Sie sie durch das Edelstahlröhrchen nach oben.

In der Hülse. Positionieren Sie die Spitze der Elektrode so, dass sie bündig mit dem unteren Ende des Polyamidrohrs abschließt. Schneiden Sie die Elektrode dann einen Millimeter oberhalb der Hülsenröhre ab.

Verwenden Sie eine feine Pinzette, um die Isolierung von den letzten zwei Millimetern der Elektrode und den letzten zwei Millimetern des Platindrahts zu entfernen. Positionieren Sie die Elektrode so neu, dass die Spitze mit dem unteren Ende der Führungsröhren ausgerichtet ist. Stecken Sie anschließend den Platindraht in die Schubröhre und verbinden Sie beide, indem Sie einen kurzen Abschnitt von einem Millimeter Wolframdraht in die Schubröhre schieben.

Überprüfen Sie, ob zwischen der Elektrode und dem Draht eine feste Verbindung besteht, um sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Verbindung sicherzustellen. Bewegen Sie dann den Schieber auf und ab über die gesamte Länge der Antriebswelle, um einen weiterhin reibungslosen Lauf zu überprüfen. Nachdem alle Elektroden auf dieselbe Weise installiert wurden, schneiden Sie ein 30 Millimeter langes Stück Silberdraht zur Verwendung als Erdungsdraht ab.

Abisolieren Sie ein Ende um einen Millimeter und verlöten Sie es mit dem Erdungspin, um die Reibung der Elektroden an den Wänden der Führungsröhren zu verringern. Geben Sie einen Tropfen leichtes Mineralschmieröl an das Ende der Führungsröhren und lassen Sie die Kapillarwirkung das Öl in die Röhren ziehen. Schneiden Sie danach ein Rechteck aus Transparentfolie mit den Maßen 12 Millimeter mal 25 Millimeter zu und falten Sie es zu einer breiten U-Form.

Verwenden Sie Klebstoff, um diese Abdeckung an den Außenflächen des Chassis zu befestigen. Schneiden Sie dann ein 15 Millimeter mal sechs Millimeter großes Rechteck aus einer Transparentfolie aus und verwenden Sie Cyanoacrylat-Klebstoff, um sie rund um den Anschluss zu befestigen, wobei die lange Kante des Transparentfolienstücks bündig mit der oberen Kante des Anschlusses abschließen muss.

Die fertige Vorrichtung sollte wie folgt aussehen. Die folgenden Abbildungen zeigen repräsentative Aufzeichnungen aus dem robusten Nucleus der Archispiralformation AUM beim verhaltensaktiven Zebrafink. Die erste Abbildung zeigt die Aktivität einer einzelnen Einheit, die mit einer 10-Mega-Platin-Iridium-Elektrode eine Woche nach der Implantation aufgezeichnet wurde.

Dieses nächste Bild zeigt eine Aufnahme derselben Elektrode, die auch für das vorherige Bild verwendet wurde, jedoch etwa neun Wochen später aufgezeichnet. Beachten Sie die weiterhin hohe Qualität der Aufnahme durch die Verwendung von Elektroden mit niedrigerem Impedanzwert. Stabile multieinheitliche Aktivität kann aufgezeichnet werden.

Dieses endgültige Bild zeigt die mit einer ein Mega-Ohm-Platinelektrode aufgezeichnete Multieinheitenaktivität. Sobald das Montageverfahren beherrscht ist, kann ein Mikroantrieb in etwa fünf Stunden vollständig montiert werden, ohne die Zeit einzuschließen, die der Epoxidharz zum Trocknen benötigt, nachdem er ursprünglich erstellt wurde. Der Antrieb kann jedoch in weniger als zwei Stunden für die Wiederverwendung vorbereitet werden.