Summary
Här beskriver vi tillverkningsmetodik för anpassningsbara kolfiberelektrodmatriser för inspelning in vivo i nerv och hjärna.
Abstract
Konventionella perifera nervsonder tillverkas främst i ett renrum, vilket kräver användning av flera dyra och högspecialiserade verktyg. Detta dokument presenterar en renrum "lätt" tillverkningsprocess av kolfiber neurala elektrodmatriser som kan läras snabbt av en oerfaren renrumsanvändare. Denna tillverkningsprocess för kolfiberelektrodsystem kräver bara ett renrumsverktyg, en Parylene C-depositionsmaskin, som kan läras snabbt eller outsourcas till en kommersiell bearbetningsanläggning till marginalkostnad. Denna tillverkningsprocess inkluderar också handfyllande kretskort, isolering och spetsoptimering.
De tre olika spetsoptimeringarna som utforskas här (Nd:YAG-laser, blåsbrännare och UV-laser) resulterar i en rad spetsgeometrier och 1 kHz impedanser, med blåsfibrer som resulterar i lägsta impedans. Medan tidigare experiment har visat laser- och blåselektrodeffekt, visar detta dokument också att UV-laserskurna fibrer kan spela in neurala signaler in vivo. Befintliga kolfibermatriser har antingen inte individuerade elektroder till förmån för buntar eller kräver renrumstillverkade guider för befolkning och isolering. De föreslagna matriserna använder endast verktyg som kan användas på en bänkskiva för fiberpopulation. Denna tillverkningsprocess för kolfiberelektrodmatris möjliggör snabb anpassning av bulkmatristillverkning till ett reducerat pris jämfört med kommersiellt tillgängliga sonder.
Introduction
Mycket av neurovetenskaplig forskning bygger på att registrera neurala signaler med hjälp av elektrofysiologi (ePhys). Dessa neurala signaler är avgörande för att förstå funktionerna i neurala nätverk och nya medicinska behandlingar som hjärnmaskin och perifera nervgränssnitt1,2,3,4,5,6. Forskning kring perifera nerver kräver skräddarsydda eller kommersiellt tillgängliga neurala inspelningselektroder. Neurala inspelningselektroder-unika verktyg med mikron-skala dimensioner och bräckliga material kräver en specialiserad uppsättning färdigheter och utrustning för att tillverka. En mängd specialiserade sonder har utvecklats för specifika slutanvändningar; Detta innebär dock att experiment måste utformas kring för närvarande tillgängliga kommersiella sonder, eller ett laboratorium måste investera i utvecklingen av en specialiserad sond, vilket är en lång process. På grund av det stora utbudet av neural forskning inom perifera nerver finns det stor efterfrågan på en mångsidig ePhys-sond4,7,8. En idealisk ePhys-sond skulle innehålla en liten inspelningsplats, låg impedans9 och en ekonomiskt realistisk prispunkt för implementering i ett system3.
Nuvarande kommersiella elektroder tenderar att antingen vara extraneural eller manschettelektroder (Neural Cuff10, MicroProbes Nerve Cuff Electrode11), som sitter utanför nerven, eller intrafascicular, som tränger in i nerven och sitter inom fascicle av intresse. Men eftersom manschettelektroder sitter längre bort från fibrerna, plockar de upp mer ljud från närliggande muskler och andra fascicles som kanske inte är målet. Dessa sonder tenderar också att begränsa nerven, vilket kan leda till biofouling-en uppbyggnad av gliaceller och ärrvävnad vid elektrodgränssnittet medan vävnaden läker. Intrafascicular elektroder (liksom LIFE12, TIME13, och Utah Arrays14) tillfogar fördelen av fascicle selektivitet och har bra signalera-till-stoja förhållanden, som är viktigt i diskriminera signalerar för bearbeta bearbeta bearbetar med maskin. Dessa sonder har dock problem med biokompatibilitet, med nerver som deformeras med tiden3,15,16. När de köps kommersiellt har båda dessa sonder statiska mönster utan möjlighet till experimentspecifik anpassning och är kostsamma för nyare laboratorier.
Som svar på de höga kostnads- och biokompatibilitetsproblem som presenteras av andra sonder kan kolfiberelektroder erbjuda en väg för neurovetenskapliga laboratorier att bygga sina egna sonder utan behov av specialiserad utrustning. Kolfibrer är ett alternativt inspelningsmaterial med en liten formfaktor som möjliggör låg skadeinsättning. Kolfibrer ger bättre biokompatibilitet och betydligt lägre ärrrespons än kisel17,18,19 utan intensiv renrumsbearbetning5,13,14. Kolfiber är flexibla, hållbara, lätt integrerade med andra biomaterial19 och kan tränga in och spela in från nerv7,20. Trots de många fördelarna med kolfibrer tycker många laboratorier att den manuella tillverkningen av dessa matriser är mödosam. Vissa grupper21 kombinerar kolfibrer i buntar som tillsammans resulterar i en större (~ 200 μm) diameter; Men såvitt vi vet har dessa buntar inte verifierats i nerv. Andra har tillverkat individuerade kolfiberelektrodmatriser, även om deras metoder kräver renrumstillverkade kolfiberguider22,23,24 och utrustning för att fylla sina matriser17,23,24. För att ta itu med detta föreslår vi en metod för att tillverka en kolfibermatris som kan utföras vid laboratoriebänkskivan som möjliggör improviserade modifieringar. Den resulterande matrisen upprätthåller individuerade elektrodspetsar utan specialiserade fiberbefolkingsverktyg. Dessutom presenteras flera geometrier för att matcha forskningsexperimentets behov. Detta dokument bygger på tidigare arbete8,17,22,25 och innehåller detaljerade metoder för att bygga och ändra flera matrisstilar manuellt med minimal utbildningstid för renrum som behövs.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alla djurprocedurer godkändes av University of Michigan Institutional Animal Care and Use Committee.
1. Välja en kolfibermatris
- Välj ett kretskort (PCB) från en av de tre mönster som visas i figur 1.
Obs: För det här protokollet kommer Flex Arrays att vara i fokus.- Se PCB-mönster på Chestek Labs webbplats (https://chestekresearch.engin.umich.edu), gratis och redo att skickas till och beställas för utskrift via ett PCB-tryckeri.
- Se tabell 1 för en sammanfattning av kopplingar för varje anslagstavla och deras specifikationer för att hjälpa till att välja den koppling som ska fungera för den specifika experimentella installationen.
2. Lödning av kontakten till kretskortet
- Ställ in lödkolv på 315 °C.
- Applicera flöde på alla löddynor på PCB.
OBS: Flux i ett rör kan pressas över kuddarna, medan fluss i en kruka kan appliceras med träänden på en bomullsspetsad applikator genom att smutsa flödet över alla kuddar liberalt. - Bilda små högar med lödd på de bakre kuddarna på Flex Array (bild 2A).
- Löd den nedre raden med kopplingsstift på den bakre raden av löddynor (bild 2B).
OBS: Alla bräddesigner som tillhandahålls av Chestek-labbet utformades så att kontakterna skulle paras exakt med deras utsedda bräda.- För att göra detta, löd stiften på vardera sidan av kontakten med enkel åtkomst till lödhögarna. När du är säker trycker du försiktigt lödkolvspetsen mellan de främre stiften för att löda de återstående anslutningarna på baksidan.
OBS: När den bakre raden med stift är säkrad kommer resten av kontakten att justeras med varje stift ovanför den tilldelade löddynan.
- För att göra detta, löd stiften på vardera sidan av kontakten med enkel åtkomst till lödhögarna. När du är säker trycker du försiktigt lödkolvspetsen mellan de främre stiften för att löda de återstående anslutningarna på baksidan.
- Löd den främre raden av stift på brädet genom att applicera en liten mängd lödning på varje stift. Applicera ytterligare ett lager av flöde om lödning inte sker snabbt.
- Rengör överflödigt flöde med 100% isopropylalkohol (IPA) och en kort borstborste.
- Kapslar in de lödda anslutningarna i fördröjd set epoxi (figur 2 C,D) med en 23 G nål och 1 ml spruta placerad avfasningssidan nedåt på stiften. Tryck epoxi genom sprutan långsamt så att den strömmar in i och längs anslutningarna.
- Lämna brädan över natten så att den fördröjda uppsättningen epoxi kan bota.
OBS: Medan produktinsatsen för den fördröjda uppsättningen epoxi anger att den härdar i 30 minuter, tillåter en stabilare anslutning att bildas om den lämnar den över natten.
- Lämna brädan över natten så att den fördröjda uppsättningen epoxi kan bota.
- Fäst baksidan av brädan på sidorna av kontakten genom att lägga en liten linje av fördröjd set epoxi över baksidan av brädet och dra den på kanterna av kontakten.
- Låt brädan härda över natten igen.
OBS: I det här läget lagrar du antingen matriserna eller fortsätter bygget. Om du pausar i bygget, förvara matriserna i en ren, torr låda vid rumstemperatur.
- Låt brädan härda över natten igen.
3. Fiberpopulation
- Skär en dragen glaskapillär så att spetsen passar mellan spåren av matrisen (figur 3A).
- Använd en glasdragare och glödtråd, gör kapillärer med följande inställningar: Värme = 900, Pull = 70, Hastighet = 35, Tid = 200, Tryck = 900.
OBS: Siffrorna är enhetslösa och specifika för den här enheten (se tabellen över material).
- Använd en glasdragare och glödtråd, gör kapillärer med följande inställningar: Värme = 900, Pull = 70, Hastighet = 35, Tid = 200, Tryck = 900.
- Använd träändarna på två bomullsspetsade applikatorer (en per del av silver epoxi) för att skopa ett litet, ~ 1: 1 förhållande av silver epoxi i en plastskål och blanda med samma pinnar som används för att skopa. Kassera applikatorerna efter blandning.
- Skär av 2-4 mm från kolfiberbuntens ände på ett skrivarpapper med ett rakblad. För att enkelt separera fibrerna i bunten, som är svåra att reta isär, dra en laminerad pappersbit försiktigt över toppen av bunten.
OBS: Den laminerade pappersbiten överför statiskt till fibrerna, som kommer att separeras av sig själva. - Applicera silver epoxi mellan alla andra spårpar på ena sidan av brädet med glaskapillären (figur 3B).
- Ta en liten droppe epoxi på änden av en dragen kapillär. Applicera försiktigt mellan alla andra spår i slutet av brädet och fyll gapet.
OBS: Gapet ska fyllas till toppen av de två spåren utan att överflöda för att röra närliggande spår. Varje spårning är ansluten till en kanal. Denna metod för epoxipopulation innebär att varje fiber kommer att ha två kanaler anslutna till den. Detta beror på att två spår möjliggör bättre fiberjustering, och redundans i kanalen hjälper till att säkerställa elektrisk anslutning.
- Ta en liten droppe epoxi på änden av en dragen kapillär. Applicera försiktigt mellan alla andra spår i slutet av brädet och fyll gapet.
- Använd Teflonbelagda pincett för att placera en kolfiber i varje epoxispår (figur 3C).
- Använd en ren pulled kapillär för att justera kolfibrerna, så att de är vinkelräta mot slutet av Flex Array-brädet och begravda under epoxiet (figur 3D).
- Placera matriserna på ett träblock med fiberade ändar som hänger över kanten av blocket.
Vikten på backend kommer att hålla matrisen på blocket. - Grädda träblocket och matriserna vid 140 °C i 20 minuter för att härda silver epoxiet och låsa fibrerna på plats.
- Upprepa steg 3.4-3.8 för andra sidan av brädet.
OBS: Matriser kan lagras efter något baksteg; Statisk från förvaringslådorna kan dock orsaka att fibrerna drar sig bort från brädet om för lite silver epoxi applicerades vid ifolkningen av brädan.- Skapa en upphöjd självhäftande plattform i en låda så att huvuddelen av brädan kan fastna på limet så att brädets fiberade ändar kan hängas i lådan för att förhindra fiberbrott. Förvara i rumstemperatur.
OBS: Om fibrer drar bort från brädet under lagring, skrapa epoxiet ur spåren med en ren pulled glas kapillär och upprepa steg 3.1-3.8 för att ersätta fibrerna. Från och med nu måste matriser lagras med fibrerna upphängda på detta sätt för att förhindra fiberbrott.
- Skapa en upphöjd självhäftande plattform i en låda så att huvuddelen av brädan kan fastna på limet så att brädets fiberade ändar kan hängas i lådan för att förhindra fiberbrott. Förvara i rumstemperatur.
4. Applicera ultraviolett (UV) epoxi för att isolera kolfibrerna
- Använd en ren kapillär och applicera en liten droppe (~0,5 mm i diameter av UV-epoxi på de exponerade spåren på ena sidan av brädet (figur 4A). Fortsätt att tillsätta UV-epoxidroppar tills spåren är helt täckta.
OBS: Låt inte UV-epoxiet komma på kolfibrerna förbi pcb-änden för att säkerställa en smidig insättning senare. - Härda UV-epoxiet under ett UV-pennljus i 2 minuter (figur 4B).
- Upprepa steg 4.1-4.2 för andra sidan av brädet.
- Skär fibrerna till 1 mm med hjälp av en stereoskop riktmedel och kirurgisk sax.
Matriser kan lagras vid denna punkt tills de är redo att gå vidare till nästa steg. De bör lagras i en låda som höjer kolfibrerna bort från själva lådan. Matriser kan förvaras i rumstemperatur på obestämd tid.
5. Kontrollera elektriska anslutningar med 1 kHz impedansskanningar (bild 5)
- Dränka kolfibrer 1 mm i 1x fosfatbuffrad saltlösning (PBS).
- För att slutföra kretsen, använd en silver-silverklorid (Ag| AgCl) referenselektrod och en rostfri stång (motelektrod).
- Häng upp Ag| AgCl elektrod i 1x PBS och anslut den till referensen till impedanssystemet som används.
- Använd en bägareklämma och häng upp den rostfria stången i 1x PBS och anslut till motelektrodingen i impedanssystemet som används.
- Kör en 1 kHz impedanssökning för varje fiber med en potentiostat inställd på en 1 kHz skanningsfrekvens på 0,01 Vrms i en enda sinusvågform. Ställ in potentiostaten på 0 V i början av varje skanning i 5 s för att stabilisera den inspelade signalen. Registrera mätningarna via den potentiostatassocierade programvaran.
OBS: Mätningar kan göras när som helst i bygget; De är dock endast nödvändiga före isolering och under spetsberedning. Tabell 2 visar typiska impedansintervall efter varje byggsteg vid 1 kHz för användarens referens. - Skölj fibrerna i avjoniserat (DI) vatten genom att doppa dem i en liten bägare tre gånger och låt dem torka vid rumstemperatur.
Matriser kan lämnas i lagring tills användaren kan fortsätta till nästa steg.
6. Parylen C Isolering
OBS: Parylen C valdes som isoleringsmaterial för kolfibrerna eftersom det kan deponeras vid rumstemperatur över partier av matriser och ger en mycket konform beläggning.
- Maskera Flex Array-kontakten med parningskontakten.
- Placera ett parti med 8-12 matriser i en förvaringslåda med en upphöjd självhäftande plattform så att de kan isoleras i en körning. Placera matriserna så att matrisens anslutningsände är på den självhäftande plattformen med den fiberade änden av matrisen överhängande (bild 6) för att förhindra att fibrerna fastnar på limet och drar av och för att säkerställa en enhetlig Parylenbeläggning på fibrerna.
- Täck matriserna i ett Paryllene C-deponeringssystem till en tjocklek av 800 nm i ett renrum, med lämplig personlig skyddsutrustning (PPE) enligt definitionen i det enskilda renrummet som används.
OBS: Här definierades PPE som renrumsskor, kostym, huvudskydd, skyddsglasögon, mask och latexhandskar. Det bör noteras att detta är standard personlig skyddsutrustning för att komma in i ett renrum. Detta steg kan outsourcas till ett Parylen beläggningsföretag mot en avgift; En kommersiell tjänst kan dock kunna belägga fler matriser samtidigt. Varje Parylen C-deponeringssystem kan ha olika säkerhetsåtgärder. Kontakta teknikern före användning för att säkerställa användarsäkerheten. - Ta bort parningskopplingen som används som mask från Flex Array.
- Placera matriserna i en ny låda för lagring tills de är klara att användas.
7. Metoder för spetsberedning
OBS: Två spetspreparat i detta avsnitt använder lasrar för att skära fibrer. Korrekt personlig skyddsutrustning, såsom skyddsglasögon som är resistenta mot de våglängder som används, bör alltid bäras vid användning av lasern, och andra labbanvändare i närheten av lasern bör också vara i PPE. Även om fiberlängder som anges i dessa steg rekommenderas längder, kan användare prova vilken längd som helst som passar deras behov. Användaren måste välja en av följande spetsberedningsmetoder eftersom enbart saxskärning inte räcker för att exponera elektroden25 igen.
- Neodymium-dopad yttrium aluminium granat (Nd:YAG) laserskärning
- Skär fibrerna till 550 μm med kirurgisk sax.
- Använd en 532nm Nd:YAG pulsad laser (5 mJ/puls, 5 ns varaktighet, 900 mW) för att skära 50 μm från fiberspetsen för att åter exponera kolet under Parylen C (tar vanligtvis 2-3 pulser).
- Justera fiberspetsarna med det inbyggda stereoskopet som medföljer lasersystemet.
OBS: Detta system gör det möjligt för användaren att justera ett fönster (här användes 50 μm x 20 μm (höjd x bredd)) för att omfatta fiberns ände. - Fokusera stereoskopet på fiberns ände vid 500x förstoring för ett exakt och exakt snitt.
OBS: Parylen C kommer att ablatera något (< 10 μm) från spetsen och lämna en trubbig, cylindrisk spets.
- Justera fiberspetsarna med det inbyggda stereoskopet som medföljer lasersystemet.
- Blåsväst vässning25,26,27
- Skär fibrerna till 300 μm med kirurgisk sax.
- Doppa matrisen i en skål med avjoniserat vatten, kontaktsidan nedåt och säkrad till botten av skålen med en liten mängd kitt.
- Använd en pennkamera för att justera fibrerna med vattenytan så att fibrerna bara knappt vidrör vattenytan.
- Justera en butanblåsbrännare till 3-5 mm och kör den över toppen av fibrerna i en fram och tillbaka rörelse för att slipa fibrer.
OBS: Fiberspetsarna lyser orange när lågan passerar över dem. - Ta bort matrisen från kittet och inspektera den under ett stereoskop för spetsiga spetsar under 50x förstoring.
OBS: Om spetsiga spetsar observeras behövs ingen ytterligare blåslampa. Om tipsen verkar trubbiga upprepar du steg 7.2.2-7.2.5.
- UV-laserskuren28
OBS: UV-laser kan endast användas på nollinsättningskraft (ZIF) och Wide Board-konstruktioner för närvarande på grund av att den stora brännpunkten för den UV-laser som används är större än lutningen på Flex Array-kolfibrerna.- Skär kolfibrerna till 1 mm med kirurgisk sax.
- Fäst en UV-laser på tre ortogonalt konfigurerade motoriserade steg.
OBS: UV-lasern är en multimod indium galliumnitrid (InGaN) halvledare med 1,5 W uteffekt och 405 nm våglängd.- Se till att lasern har en kontinuerlig stråle för snabb och effektiv inriktning och skärning.
- Säkra matrisen på plats för att hålla ett jämnt, jämnt plan av elektroder för lasern att passera över. Se till att matrisen hålls på lämpligt avstånd från lasern så att fibrerna är i ljus med laserns brännpunkt. För att göra detta, ge en lägre effekt till lasern och justera avståndet för att bäst fokusera på fiber28.
- Flytta UV-laserns brännpunkt över fiberplanet med en hastighet av 25 μm/s för att skära fibrerna till önskad längd (här skärs alla fibrer till 500 μm).
OBS: Fibrer avger starkt ljus innan de skärs. Förvara fibrerna efter behandling tills de är redo att beläggas med en ledande polymer.
8. Poly(3,4-etylendioxitiofen):p-toluenesulfonat (PEDOT:pTS) ledande beläggning för sänkt impedans
- Blanda lösningar på 0,01 M 3,4-etylendioxithiofen och 0,1 M natrium p-toluenesulfonat i 50 ml DI-vatten och rör om över natten på en omrörningsplatta (~ 450 rpm) eller tills inga partiklar kan observeras i lösningen.
OBS: Förvara lösningen i en ljusbeständig behållare. Kyl lösningen efter blandning för att hålla lösningen användbar i upp till 30 dagar. - Kör en 1 kHz impedanssökning med samma parametrar som tidigare (steg 5,2-5,3) i 1x PBS. Observera vilka fibrer som har en bra anslutning (<1 MΩ, vanligtvis 14-16 av 16 fibrer).
- Elektroplatta med PEDOT:pTS för att sänka elektrodernas impedans.
- Sänk ner fiberspetsarna i PEDOT:pTS-lösningen.
- Följ stegen i steg 5.2, byt ut 1x PBS-lösningen mot PEDOT:pTS och korta alla anslutningar till brädet till den aktuella kanalen.
- Applicera 600 pA per bra fiber i 600 s med en potentiostat.
- Stäng av cellen och låt den vila i 5 s i slutet av körningen.
- Ta bort fibrerna från lösningen och skölj dem i DI-vatten.
- Återta 1 kHz impedanser för att kontrollera att fibrerna var framgångsrikt belagda (använd samma parametrar som anges i steg 5.2-5.3).
OBS: Bra fibrer betecknas som alla fibrer med en impedans på mindre än 110 kΩ.
9. Anslutningsjord och referensledningar
- Skrapa försiktigt bort Parylen C från marken och referera via på brädet med pincett. Kort mark och referens vias tillsammans i par på denna styrelse design.
OBS: Mark- och referens vias finns nära kontakten på Flex-matrisen och är de fyra små guldcirklarna nära kontakterna. Användare behöver bara ta bort Parylen C från vias närmast kolfibrerna för mätningar. - Skär två 5 cm längder av isolerad silvertråd med ett rakblad. Avinsula ändarna på ledningarna 2-3 mm från ena änden som ska fästas på Flex Array och ~10 mm från motsatta ändar för att möjliggöra enklare jordning och referens under operationen.
- Värm lödkolvet tillbaka till 600 °F. Applicera en liten mängd flöde på vias.
- Sätt in en tråd (2-3 mm exponerad ände) i var och en av ePhys-vias på brädet. Applicera lödningen på toppen av vias (figur 7A). Låt sonden svalna och vänd sedan över den för att applicera en liten mängd lödd på baksidan av via (figur 7A).
- Använd kirurgisk sax och klipp av eventuell exponerad tråd som sticker ut ur rygglödhögen eftersom detta bidrar till att minska bullret som ses i inspelningen (figur 7B).
- Placera matriserna tillbaka i förvaringslådan och böj kablarna tillbaka och bort från fibern. Fäst kablarna på tejpen för att förhindra potentiella fibertrådsinteraktioner (figur 7C).
10. Kirurgiskt ingrepp
OBS: Råttbarken användes för att testa effekten av de UV-laserberedade fibrerna eftersom detta tidigare har beskrivits7,20. Dessa sonder kommer att fungera i nerv på grund av deras liknande geometri och impedansnivåer för att blåsa beredda fibrer. Denna kirurgi utfördes med ett överflöd av försiktighet för att validera att UV-lasern inte ändrade svaret på elektroderna.
- Bedöva en vuxen hane Long Evans råtta med en kombination av ketamin (90 mg/kg) och xylazin (10 mg/kg). Bekräfta anestesi med ett toe pinch test. Applicera salva på ögonen för att förhindra att råttans ögon torkar ut under operationen.
- Skapa en 2 mm x 2 mm kraniotomi ovanför höger halvklots motorbark. Identifiera det nedre vänstra hörnet av kraniotomin genom att mäta 1 mm främre bregma och 1 mm lateral av mittlinjen.
- Montera matrisen i ett stereotaxiskt instrument och nollställ det stereotaxiska instrumentet vid duran genom att försiktigt sänka fibrerna tills de vidrör durans yta. Lyft matrisen bort från operationsstället och flytta den åt sidan tills den är klar för insättning.
- Omplacera duran genom att försiktigt dra en nål med en taggände över vävnadens yta. När en del av duran öppnas för hjärnan, använd ett par fina tångar för att ytterligare hjälpa till att dra bort duran.
- Sätt in fibrerna i kraniotomin och 1,2 mm i hjärnan med hjälp av ett stereotaxiskt instrument och sänk långsamt för hand.
- Registrera ePhys-data i 10 minuter med en ePhys-specifik huvudstage och förförstärkare.
- Ställ in förimpergeringsfiltret för att bearbeta signalen vid 2,2 Hz, antialias på 7,5 kHz och prov på 25 kHz.
OBS: För dessa mätningar registreras endast spontan aktivitet. Ingen stimulans tillämpas.
- Ställ in förimpergeringsfiltret för att bearbeta signalen vid 2,2 Hz, antialias på 7,5 kHz och prov på 25 kHz.
- Dödshjälp
- Placera råttan under isofluran vid 5% under 1 L/min syre tills livstecken har upphört (20-30 min). Bekräfta dödshjälp med halshuggning.
11. Spiksortering
- Använd spiksorteringsprogram för att sortera och analysera data med tidigare rapporterade metoder8.
- Använd ett högpassfilter på alla kanaler (250 Hz hörn, 4:e ordningen Butterworth) och ställ in vågformsdetekteringsnivån till -3,5 × RMS-tröskelvärde.
- Använd en Gaussisk modell för att gruppera och spikar med liknande egenskaper. Kombinera och genomsnittliga kluster med minst 10 vågformer för att inkludera i ytterligare analys.
- Ta bort eller ta bort alla vågformer som inte är toppar från datauppsättningen.
- Exportera data när alla kanaler har sorterats och använd analysprogramvara för att plotta och ytterligare analysera vågformerna.
12. Scanning elektron mikroskopisk (SEM) imaging
OBS: Det här steget gör matriser oanvändbara och bör endast användas för att inspektera tipsbehandlingsresultat för att kontrollera att matriserna bearbetas korrekt. Det här steget behöver inte göras för att skapa en lyckad matris. Sammanfattad nedan är en allmän översikt över SEM-processen; Användare som inte tidigare har använt SEM bör dock få hjälp från en utbildad användare.
- Klipp av den fiberade änden av PCB och montera den på en koltejpmaskerad SEM-stub. Placera matriserna på en liten plattform med staplad koltejp (4-5 lager) för att förhindra att kolfibrerna fastnar på SEM-stubben.
- Sputter-belägga matriserna med guld (100-300 Å) enligt förfaranden som skisseras av tillverkaren av guldsputterbelagten.
- För att inspektera spetsbehandlingseffekterna, avbilda matriserna i en SEM på ett arbetsavstånd av 15 mm och 20 kV strålstyrka.
OBS: Matriser kan avbildas utan sputterbeläggning under ett lågt vakuum, som visas i figur 8D för UV-laserskurna fibrer. För denna inställning rekommenderas att ha ett arbetsavstånd på 11-12 mm och en 4 kV strålstyrka.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Tipsvalidering: SEM-bilder
Tidigare arbete20 visade att saxskärning resulterade i otillförlitliga impedanser när Parylene C vikte sig över inspelningsplatsen. Saxskärning används här endast för att skära fibrer till önskad längd före bearbetning med en extra finishskärningsmetod. SEM-bilder av spetsarna användes för att bestämma den exponerade kollängden och spetsgeometrin (figur 8).
Sax och Nd:YAG laserskurna fibrer granskades tidigare17,20. Saxskurna fibrer (figur 8A) har inkonsekventa spetsgeometrier, med Parylen C vikning över änden när de skärs20. Nd:YAG-laserskurna fibrer förblir konsekventa i inspelningsplatsens område, form och impedans (figur 8B). Blåsade fibrer20 leder till den största elektrodstorleken och formvariationen och en vässad spets, vilket möjliggör införande i tuff vävnad. I genomsnitt exponerades 140 μm kol igen, med ett smidigt övergångsområde mellan kol- och Parylen C-isoleringen (figur 8C). UV-laserskurna fibrer liknade blåsfibrer, som visade 120 μm kol exponerat från spetsen (figur 8D). Impedanser indikerade att antingen UV-laser- eller blåsspetsskärningsmetoderna är lämpliga för ePhys och är livskraftiga lösningar för laboratorier utan tillgång till en Nd:YAG-laser.
Tipsvalidering: elektrisk inspelning
Bild 9 visar de resulterande impedanserna från varje förberedelsemetod med Flex Arrays. De resulterande värdena ligger inom ett lämpligt intervall för ePhys-inspelning. Nd:YAG laserskurna fibrer resulterade i den minsta ytan men de högsta impedanserna, även med PEDOT:pTS-beläggningen (bare carbon: 4138 ± 110 kΩ; med PEDOT:pTS: 27 ± 1,15 kΩ; n = 262). Detta följs av det omvända förhållandet i blåsbrännare (bar kol: 308 ± 7 kΩ; med PEDOT:pTS: 16 ± 0,81 kΩ; n = 262) och UV-laserskuren (bar kol: 468 ± 85,7 kΩ; med PEDOT:pTS: 27 ± 2,83 kΩ; n . I samtliga fall faller dock de PEDOT:pTS-belagda fibrerna under den 110 kΩ-tröskel som tidigare ställts in för att indikera en bra, låg impedanselektrod.
Akut ePhys inspelningar togs från en Long Evans råtta akut implanterad med en ZIF matris med UV laser-cut och PEDOT:pTS-behandlade fibrer för att visa livskraften av denna metod. ePhys har tidigare testats och bevisats med saxskuren20 och Nd:YAG-17 och blåsbehandlade fibrer7,8 och var därför inte realidated i denna text. Akuta inspelningar från fyra UV-laserbehandlingsfibrer (2 mm långa) som samtidigt implanterades i råttmotorbarken (n = 1) presenteras i figur 10. Tre enheter hittades över alla fibrer, vilket tyder på att behandlingen av fibrerna med den billiga UV-lasern liknar andra skärmetoder som gör det möjligt för kolfibern att spela in neurala enheter, vilket skulle förväntas av SEMs och impedanser. Medan kolfibermatriser enkelt byggs och modifieras för att passa användarens behov, bör det noteras att ytterligare validering är nödvändig för vissa byggen (tabell 3), medan andra är mindre lämpliga för vissa slutuppgifter.
Kommersiell Parylene C
Kommersiellt belagda matriser bestämdes ha en Parylen C tjocklek på 710 nm av säljaren, väl inom målområdet för isolering. Matriserna förbereddes för ePhys-inspelningar med hjälp av blåsspetsförberedelsen. Impedanser togs efter utarbetandet av tipsen och jämfört med befintliga data. En blåsad och PEDOT:pTS-belagd sond hade i genomsnitt 14,5 ± 1,3 kΩ impedans över 16 fibrer. SEM-bilder togs av spetsen och skaftet för att jämföra Parylen C-deposition (figur 11 A, B). Dessa resultat visar att användningen av en kommersiell leverantör inte ändrade de förväntade impedansvärdena, vilket tyder på att detta kommer att vara en lika livskraftig ersättning för deponering i universitetets renrum.
Analys av enhetskostnad
Förutsatt att alla verktyg och bulkmaterial (t.ex. epoxier, lödning) är tillgängliga för forskaren, en Parylen C-användaravgift på $ 41 och ett parti med 8 sonder, är den totala materialkostnaden $ 1168 ($ 146 per sond). Personalinsatsen (tabell 4) är ~25 h för batchen. Om du använder ett alternativt tillverkningssteg varierar kostnaden för sonder beroende på kommersiell Parylene C-beläggningskostnad ($ 500-800 anges). Tiden för byggstegen (tabell 4) är grupperad för alla instanser av en upprepad uppgift för enkelhetens skull. Byggtiderna för konstruktioner med större tonhöjd (Wide Board och ZIF) reduceras dramatiskt eftersom de manuellt intensiva stegen (t.ex. kolfiberplacering) är enklare och snabbare att slutföra.
Bild 1: Kontakter och tillhörande kretskort. (A) Bred bräda med en av sexton nödvändiga kontakter i infälld (infälld skalstång = 5 mm). B) ZIF och en av två kontakter och en svepning. (C) Flex Array med en 36-stiftskontakt; skalstreck = 1 cm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 2: Löd- och isoleringssteg för Flex Array. (A) Lägga lödningen för de nedre kontaktstiften. (B) Bakstiften fastsatta med de främre stiften klara för lödning. (C) Fördröjd uppsättning epoxiisolerad Flex Array; Observera att den fördröjda epoxyn inte täcker referens- och jord vias på någon sida. (D) Baksidan av Flex Array med ett band av fördröjd uppsättning epoxi över dynan vias (inte marken och referens vias) och lindad runt sidan av brädet mot kanten av kontakten. Skalstång = 0,5 cm (B) och 1 cm (A, C, D). Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Bild 3: Applicera silver epoxi och justera kolfibrer mellan spåren av Flex Array. Kapillärer har markerats med ett vitt överlägg. A) Kapillärens ände passar mellan spåren för att få (B) ren silver epoxi (betecknad med pilar i slutet av kapillären och inom spåren) nedfall utan spridning utanför spårparen. (C) Kolfibrer placeras i epoxiet och rätas sedan ut med en ren kapillär. Skalningsstaplar = 500 μm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: Isolering med UV Epoxiapplikation (A) UV-epoxi appliceras med en ren kapillär och två droppar UV-epoxi (märkt med vita överlägg). UV-epoxi appliceras i droppar på 0,25-0,75 mm diametrar tills UV-epoxi bildar en jämn bubbla över spårens topp. B) UV-epoxi härdas under UV-ljus. Flex Array placeras i kitt på ett träblock för enkel rörelse och inriktning under UV-ljuset. UV-ljuset hålls med en hållare ~1 cm ovanför slutet av Flex Array. Infälld (B) visar sidoprofilen för en korrekt UV-epoxiisolerad Flex Array. UV-epoxibubblan på vardera sidan av brädan är ungefär 50 μm i höjd. Skalstänger = 500 μm (A och infälld B). Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Bild 5: Inställning för impedansmätningar. Alla delar är märkta och systemkontakter och adaptrar är systemberoende. PBS spelas in när lösningen byts ut mot PEDOT:pTS senare i bygget. Inställningarna är dock identiska annars. Förkortningar: PBS = fosfatbuffrad koksaltlösning; PEDOT:pTS = poly(3,4-etylendioxithiofen):p-toluenesulfonat. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Bild 6: Flex Array förberedd för Parylen C-beläggning. Flex Array är fastsatt på en upphöjd skumplattform med tejp, självhäftande sida upp under beläggningsprocessen. Skalningslist =10 mm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 7: Jord- och referensledningar kopplade till den slutförda Flex Array. Lödning applicerades på varje sida av via på vardera sidan av brädet (A) för att skapa en säker obligation. ePhys vias är märkta på brädet som GND och Ref och paras ihop på motsatta sidor av brädet från varandra. Det finns ytterligare två vias som också är märkta GND och Ref2. Båda GND-vias är kortslutna tillsammans. Ref2 är tänkt att användas i elektrokemiska experiment. Överflödig tråd i (A) betecknas med en röd låda och avlägsnas (B) från sondens baksida (röd låda visar var tråden brukade vara) för att hjälpa till med brusreducering och hantering av sonden. (C) Slutlig Flex Array lagrad för framtida användning. Observera att de parade GND - och Ref-vias på denna bräda gör det avsett för ePhys-inspelningar. Skalstänger = 200 μm (A, B). Förkortningar: ePhys = elektrofysiologi; GND = mark; Referens = referens. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Figur 8: SEM-bilder av fibrer med olika spetsskärningstekniker. (A) Saxskuren fiber med mycket lite exponerat kol. B) Nd:YAG laserskuren. (C) Blåsad fiber med ~140 mm kol exponerat från spetsen. (D) UV-laserskurna fibrer med ~120 mm kol exponerat från spetsen. Röda pilar indikerar övergångsområdet mellan Parylen C och bar kolfiber. Skalstänger = 5 μm (A), 10 μm (B), 50 μm (C, D). Förkortningar: SEM = scanningelektronmikroskopi. Nd:YAG = Neodymium-dopad yttrium aluminium granat. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Figur 9: Impedansskillnader mellan endast applicering av behandlingen (exponerad av rent kol) och med tillsats av PEDOT:pTS. I samtliga fall minskar tillägget av PEDOT:pTS impedansen med en storleksordning. Provstorlek: Nd:YAG = 262, Blowtorch = 262, UV = 7. UV-provstorleksskillnaden beror på beredningsmetodens nyhet. det visar dock ett liknande intervall som blåsbrännare, som förväntat. Impedansdata uttrycks som medelvärde ± standardfel. Förkortningar: PEDOT:pTS = poly(3,4-etylendioxitiofen):p-toluenesulfonat; Neodymium-dopad yttrium aluminium granat. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Bild 10: Akut elektrofysiologisk spikningsdata från fyra UV-laserskurna elektroder. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 11: Kommersiella Parylene C-belagda matriser. (A) Den slipade matrisen visar en enhetlig slipning över alla fibrer som indikerar att det inte finns några nackdelar med kommersiell beläggning. (B) Efter blåsbrännare visar övergången (röd låda) mellan bare carbon fiber och Parylene C ingen märkbar skillnad mellan matriser belagda i en renrumsanläggning. Skalstänger = 200 μm (A) och 10 μm (B). Klicka här för att se en större version av den här figuren.
| PCB-namn | Kontakt | Löddyna storlek (mm) | Exponerad spårningsstorlek (mm) | Spårhöjd (μm) | Kanaler | |
| Bred styrelse | Kvarn-Max 9976-0-00-15-00-00-03-0 | 3,25 × 1,6 | 1,5 × 4,0 | 3000 | 8 | |
| ZIF | Hirose DF30FC-20DS-0.4V, | 0,23 × 0,7 | 0,75 × 0,07 | 152.4 | 16 | |
| Flex-matris | Omnetics A79024-001 | 0,4 × 0,8 | 0,6 × 0,033 | 132 | 16 | |
Tabell 1: Varje PCB har en annan koppling och tonhöjd associerad med den. Förkortning: PCB = kretskort.
| Bygg steg | Förväntad 1 kHz impedans (kΩ) |
| Bar fiber | 150-300 |
| Bare Fiber med UV-isolering | 400-500 |
| Parylen C isolerade fibrer | 50 000 > |
| Nd:YAG Laser Cut | 15 000 < |
| Blåsad | 300-400 |
| UV-laserskärning* | 300-500 |
| PEDOT:pTS Belagt | <110 |
Tabell 2: Typiskt impedansintervall efter varje byggsteg (n = 272). *n = 16. PEDOT:pTS-behandlade sonder över 110 kΩ kan fortfarande spela in signaler. Alla behandlade elektroder faller dock vanligtvis under detta värde. Förkortningar: PEDOT:pTS = poly(3,4-etylendioxitiofen):p-toluenesulfonat; Neodymium-dopad yttrium aluminium granat.
| Tillagningsmetod | Bred styrelse | ZIF | Flex-matris |
| Nd:YAG | Impedans, SEM, akut ePhys | Impedans, SEM, akut/kronisk ePhys | Impedans, SEM, akut/kronisk ePhys |
| Blåslampa | Impedans, SEM, akut ePhys | Impedans, SEM, akut/kronisk ePhys | Impedans, SEM, akut/kronisk ePhys |
| UV-laser | Ännu inte validerad | Impedans, SEM, akut/kronisk ePhys | Inte livskraftigt |
Tabell 3: Validerad användning av varje bräda med de beskrivna skärmetoderna. Alla skärmetoder inkluderade elektrodposition av PEDOT:pTS. "Inte livskraftig" indikerar att en formfaktor i konstruktionen förhindrar att denna spetsbehandling testas vid denna tidpunkt (dvs. fiberhöjd). Förkortningar: Neodymium-dopad yttrium aluminiumgranat; SEM = scanningelektronmikroskopi; ePhys = elektrofysiologi; ZIF = noll införingskraft.
| Aktivitet | Tid för 8 enheter (h) |
| All lödning | 5 |
| Isolera omnetik | 1 |
| Befolka kolfiber | 10 |
| Isolerande spår med UV-epoxi | 0.5 |
| Parylen C Nedfall | 1.5 |
| Nd:YAG laserskärning | 1 |
| Blåsning | 1 |
| UV-laserskärning | 1.5 |
| Alla impedanstester | 4.5 |
| PEDOT:pTS-deposition | 1.5 |
| Recept som används | Totalt antal timmar |
| Nd:YAG Laser Cut | 25 |
| Blåslampa | 25 |
| UV-laserskärning | 25.5 |
Tabell 4: Tid som krävs för varje steg i en tillverkningsprocess. Lödning av kontakt och mark- och referensledningar har kombinerats här för att förenkla aktivitetslistan. Förkortningar: PEDOT:pTS = poly(3,4-etylendioxitiofen):p-toluenesulfonat; Neodymium-dopad yttrium aluminium granat.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Materialsubstitutioner
Medan allt material som används sammanfattas i tabellen över material, krävs mycket få av materialen för att komma från specifika leverantörer. Flex Array-kortkortet måste komma från den listade leverantören eftersom de är det enda företaget som kan skriva ut den flexibla brädan. Flex Array-anslutningen måste också beställas från leverantören som anges eftersom den är en proprietär anslutning. Parylen C rekommenderas starkt som isoleringsmaterial för fibrerna eftersom det ger en konform beläggning vid rumstemperatur på ett tillförlitligt sätt som sedan tål in vivo-miljön . Polyimidbrädan och epoxierna på brädan tål inte de höga temperaturer som krävs för andra isoleringstekniker. Allt annat material kan köpas från andra leverantörer eller bytas ut mot alternativ efter användarnas gottfinnande. Den här versionen är avsedd att vara flexibel och anpassningsbar för att passa slutanvändarens experiment. Det bör dock noteras att eventuella ändringar från de material eller leverantörer som anges måste valideras av slutanvändaren.
Felsöka byggproblem
Silver epoxideposition tenderar att misslyckas av flera skäl: kapillärens bredd är för bred för att passa mellan spår, kapillärens bredd är för tunn för att plocka upp och deponera epoxi, eller ett överskott av epoxi är på kapillären. De två första problemen kan lösas genom att skära en ny kapillär av lämpligare storlek; den senare genom att doppa kapillären i epoxiet med en lättare hand eller ta bort en del av epoxiklumpen genom att försiktigt dabbing kapillären på en extra nitringhandske.
Att bestämma hur elektroden ska förberedas är ofta ett svårt beslut för många användare. Att bestämma vad som behövs för experimentet kommer dock att hjälpa till att belysa beslutet. För akuta operationer kan trubbiga spetsar användas om elektrodens platsstorlek är viktig; De kommer dock endast att sätta in i mjukare vävnad (hjärna) och endast vid sub-500 μm måldjup.
Att gå in i djupare hjärnstrukturer är möjligt med hjälp av en glas cannula22; Detta kan dock orsaka ärrbildning och tillhörande opålitlighet i ePhys-inspelningar. Fibrer måste vara mindre än 300 μm när de slipas för att kunna penetrera hårdare vävnader (nerv) eftersom den kortare längden ger en styvare ryggrad för insättning7,8. Slipade fibrer har också nyligen observerats för att penetrera till 1 mm djup i hjärnan8.
Medan de matriser som diskuteras i detta dokument är en utmärkt utgångspunkt för många laboratorier, har nyare sonder med hjälp av kolfibrer också utvecklats för att kroniskt rikta djupare områden i hjärnan21,22,29. I nerv är elektroder med låg invasivitet och hög selektivitet ett pågående forskningsämne5,8,30. Jiman et al.7 kunde upptäcka multiunit aktivitet i nerven med minimal invasivitet och ökad selektivitet med hjälp av en kolfiber silikon array8, som speglar utformningen av Flex Array presenteras här.
Parylen C tillgänglighet
Parylen C är en metod för konform beläggning vid rumstemperatur som har använts som biokompatibel isolator i många implanterade enheter. Tekniken kräver ett specialiserat verktyg i ett renrum och tar ungefär en timme att lära sig. En snabb undersökning av institutioner som tidigare har begärt kolfibermatriser från vår grupp genomfördes för att bestämma Parylen C deposition tillgänglighet. Vi fann att av 17 institut hade 41% tillgång till Parylene C-beläggningssystem på deras campus. För universitet utan tillgång till ett Parylene C-beläggningssystem är kommersiella beläggningstjänster ett genomförbart alternativ, vilket visas här. Alternativt kan outsourcing till ett närliggande universitets rent rum också vara av intresse för laboratorier utan direkt tillgång till ett Parylene C-depositionssystem. För att minska kostnaden per enhet rekommenderar vi att du skickar ut större batchar med matriser eftersom kommersiella system ofta kan rymma större prover.
Optimera tipsförberedelser
Ytterligare tipspreparat måste undersökas för dessa fibrer eftersom de nuvarande spetsberedningarna kräver att slutanvändaren väljer mellan penetrerande förmåga och en liten inspelningsplats. Medan Nd:YAG laserskurna fibrer ger en liten platsstorlek20, är förmågan att penetrera styvare vävnad (muskel, nerv) nästan obefintlig, och tillgång till en laserinställning som kan vara svår och dyr. Medan blåsning möjliggör ett snabbt och ekonomiskt sätt att få slipade spetsar som kan tränga in i många vävnader7, är spetsgeometrin stor och kan vara inkonsekvent från fiber till fiber20. UV-laserskärning ger också låga impedanser och stora ytor men med den extra fördelen av mer konsekvent exponering. UV-lasern är mer tillgänglig än Nd:YAG-lasern; Laboratorier skulle dock behöva konstruera ett sätt att justera lasern med fibrer och skulle inte kunna använda Flex Array på grund av att fiberhöjden är mindre än laserns brännpunktsdiameter. Tidigare arbete visade tillverkning av små, slipade fibrer via etsning31,32. Detta tillvägagångssätt kan resultera i en liten, tillförlitlig elektrodgeometri och bevara den vässade spetsen som är nödvändig för att penetrera nerv och muskler.
Vår nuvarande spetsbeläggning, PEDOT:pTS, kan också behöva bytas ut eftersom den tenderar att försämras med tiden, vilket är ett oönskat drag för en kronisk sond17,25,33. Brist på PEDOT:pTS livslängd leder till högre impedanser och därmed lägre signalkvalitet, delvis på grund av ökat bakgrundsljud. För att öka livslängden i dessa fiberspetsar genomförs undersökning av genomförbarheten av platina-iridiumbeläggningar. Platina-iridium skulle möjliggöra en större yta25,34 koncentrerad på elektrodens spets, hålla en låg impedans34,35,36 och möjliggöra längre, kronisk stabilitet34,36. Andra beläggningar, såsom PEDOT/grafenoxid37 och guld38, har använts för att sänka kolfiberelektrodimpedanser, även om dessa beläggningar vanligtvis används för kemiskt avkänningssonder snarare än för ePhys-inspelningar. På grund av de inneboende egenskaperna hos kolfiber39 kan kolfibermatrisen som presenteras här omvandlas från en sond optimerad för ePhys till en kemisk avkänningsanordning med en enkel förändring av spetsberedning22,40.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna förklarar att de inte har några konkurrerande ekonomiska intressen.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes ekonomiskt av National Institutes of Neurological Disorders and Stroke (UF1NS107659 och UF1NS115817) och National Science Foundation (1707316). Författarna erkänner ekonomiskt stöd från University of Michigan College of Engineering och tekniskt stöd från Michigan Center for Materials Characterization och Van Vlack Undergraduate Laboratory. Författarna tackar Dr. Khalil Najafi för användningen av hans Nd:YAG-laser och Lurie Nanofabrication Facility för användningen av deras Parylene C-depositionsmaskin. Vi vill också tacka Specialty Coating Systems (Indianapolis, IN) för deras hjälp i den kommersiella beläggningsjämförelsestudien.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3 prong clams | 05-769-6Q | Fisher | Qty: 2 Unit Cost (USD): 20 |
| 3,4-ethylenedioxythiophene (25 g) (PEDOT) |
96618 | Sigma-Aldrich | Qty: 1 Unit Cost (USD): 102 |
| 353ND-T Epoxy (8oz)++ (ZIF and Wide Board Only) |
353ND-T/8OZ | Epoxy Technology | Qty: 1 Unit Cost (USD): 48 |
| Ag/AgCl (3M NaCl) Reference Electrode (pack of 3) | 50-854-570 | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 100 |
| Autolab | PGSTAT12 | Metrohm | |
| Blowtorch | 1WG61 | Grainger | Qty: 1 Unit Cost (USD): 36 |
| Carbon Fibers | T-650/35 3K | Cytec Thornel | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Carbon tape | NC1784521 | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 27 |
| Cotton Tipped Applicator | WOD1002 | MediChoice | Qty: 1 Unit Cost (USD): 0.57 |
| Delayed Set Epoxy++ | 1FBG8 | Grainger | Qty: 1 Unit Cost (USD): 3 |
| DI Water | n/a | n/a | Qty: n/a Unit Cost (USD): n/a |
| Dumont Tweezers #5 | 50-822-409 | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 73 |
| Flex Array** | n/a | MicroConnex | Qty: 1 Unit Cost (USD): 68 |
| Flux | SMD291ST8CC | DigiKey | Qty: 1 Unit Cost (USD): 13 |
| Glass Capillaries (pack of 350) | 50-821-986 | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 60 |
| Glass Dish | n/a | n/a | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Hirose Connector (ZIF Only) |
H3859CT-ND | DigiKey | Qty: 2 Unit Cost (USD): 2 |
| Light-resistant Glass Bottle | n/a | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Micropipette Heating Filiment | FB315B | Sutter Instrument Co | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Micropipette Puller | P-97 | Sutter Instrument Co | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Nitrile Gloves (pack of 200) | 19-041-171C | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 47 |
| Offline Sorter software | n/a | Plexon | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Omnetics Connector* (Flex Array Only) |
A79025-001 | Omnetics Inc | Qty: 1 Unit Cost (USD): 35 |
| Omnetics Connector* (Flex Array Only) |
A79024-001 | Omnetics Inc | Qty: 1 Unit Cost (USD): 35 |
| Omnetics to ZIF connector | ZCA-OMN16 | Tucker-Davis Technologies | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Pin Terminal Connector (Wide Board Only) |
ED11523-ND | DigiKey | Qty: 16 Unit Cost (USD): 10 |
| Probe storage box | G2085 | Melmat | Qty: 1 Unit Cost (USD): 2 |
| Razor Blade | 4A807 | Grainger | Qty: 1 Unit Cost (USD): 2 |
| SEM post | 16327 | lnf | Qty: 1 Unit Cost (USD): 3 |
| Silver Epoxy (1oz)++ | H20E/1OZ | Epoxy Technology | Qty: 1 Unit Cost (USD): 125 |
| Silver GND REF wires | 50-822-122 | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 423.2 |
| Sodium p-toulenesulphonate(pTS)- 100g | 152536 | Sigma-Aldrich | Qty: 1 Unit Cost (USD): 59 |
| Solder | 24-6337-9703 | DigiKey | Qty: 1 Unit Cost (USD): 60 |
| Soldering Iron Tip | T0054449899N-ND | Digikey | Qty: 1 Unit Cost (USD): 13 |
| Soldering Station | WD1002N-ND | Digikey | Qty: 1 Unit Cost (USD): 374 |
| SpotCure-B UV LED Cure System | n/a | FusionNet LLC | Qty: 1 Unit Cost (USD): 895 |
| Stainless steel rod | n/a | n/a | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Stir Plate | n/a | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Surgical Scissors | 08-953-1B | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 100 |
| TDT Shroud (ZIF Only) |
Z3_ZC16SHRD_RSN | TDT | Qty: 1 Unit Cost (USD): 3.5 |
| Teflon Tweezers | 50-380-043 | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 47 |
| UV & Visible Light Safety Glassees | 92522 | Loctite | Qty: 1 Unit Cost (USD): 45 |
| UV Epoxy (8oz)++ (Flex Array Only) |
OG142-87/8OZ | Epoxy Technology | Qty: 1 Unit Cost (USD): 83 |
| UV Laser | n/a | WER | Qty: 1 Unit Cost (USD): 30 |
| Weigh boat (pack of 500) |
08-732-112 | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 58 |
| Wide Board+ | n/a | Advanced Circuits | Qty: 1 Unit Cost (USD): 3 |
| ZIF Active Headstage | ZC16 | Tucker-Davis Technologies | Qty: 1 Unit Cost (USD): 925 |
| ZIF Passive Headstage | ZC16-P | Tucker-Davis Technologies | Qty: 1 Unit Cost (USD): 625 |
| ZIF* | n/a | Coast to Coast Circuits | Qty: 1 Unit Cost (USD): 9 |
References
- Szostak, K. M., Grand, L., Constandinou, T. G. Neural interfaces for intracortical recording: Requirements, fabrication methods, and characteristics. Frontiers in Neuroscience. 11, 665 (2017).
- Cunningham, J. P., et al. A closed-loop human simulator for investigating the role of feedback control in brain-machine interfaces. Journal of Neurophysiology. 105 (4), 1932-1949 (2011).
- Yoshida, K., Bertram, M. J., Hunter Cox, T. G., Riso, R. R. Peripheral nerve recording electrodes and techniques. Neuroprosthetics: Theory and Practice. Horch, K., Kipke, D. , World Scientific. 377-466 (2017).
- Dweiri, Y. M., Stone, M. A., Tyler, D. J., McCallum, G. A., Durand, D. M. Fabrication of high contact-density, flat-interface nerve electrodes for recording and stimulation applications. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (116), e54388 (2016).
- Kim, H., et al. Cuff and sieve electrode (CASE): The combination of neural electrodes for bi-directional peripheral nerve interfacing. Journal of Neuroscience Methods. 336, 108602 (2020).
- Ciancio, A. L., et al. Control of prosthetic hands via the peripheral nervous system. Frontiers in Neuroscience. 10, 116 (2016).
- Jiman, A. A., et al. Multi-channel intraneural vagus nerve recordings with a novel high-density carbon fiber microelectrode array. Scientific Reports. 10 (1), 15501 (2020).
- Welle, E. J., et al. Sharpened and mechanically robust carbon fiber electrode arrays for neural interfacing. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 29, 993-1003 (2021).
- Moffitt, M. A., McIntyre, C. C. Model-based analysis of cortical recording with silicon microelectrodes. Clinical Neurophysiology. 116 (9), 2240-2250 (2005).
- Neural cuff. Ardiem Medical. , Available from: http://www.ardiemmedical.com/neural-cuff/ (2021).
- Nerve-cuff electrodes. Micro-Leads Neuro. , Available from: https://www.microleadsneuro.com/research-products/?jumpto=nerve-cuff (2021).
- Mortimer, J. T., et al. Perspectives on new electrode technology for stimulating peripheral nerves with implantable motor prostheses. IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering. 3 (2), 145-154 (1995).
- Boretius, T., et al. A transverse intrafascicular multichannel electrode (TIME) to interface with the peripheral nerve. Biosensors & Bioelectronics. 26 (1), 62-69 (2010).
- Grill, W. M., Norman, S. E., Bellamkonda, R. V. Implanted neural interfaces biochallenges and engineered solutions. Annual Review of Biomedical Engineering. 11, 1-24 (2009).
- Larson, C. E., Meng, E. A review for the peripheral nerve interface designer. Journal of Neuroscience Methods. 332, 108523 (2020).
- Christensen, M. B., et al. The foreign body response to the Utah Slant Electrode Array in the cat sciatic nerve. Acta Biomaterialia. 10 (11), 4650-4660 (2014).
- Patel, P. R., et al. Chronic in vivo stability assessment of carbon fiber microelectrode arrays. Journal of Neural Engineering. 13 (6), 066002 (2016).
- Yoshida Kozai, T. D., et al. Ultrasmall implantable composite microelectrodes with bioactive surfaces for chronic neural interfaces. Nature Materials. 11 (12), 1065-1073 (2012).
- Saito, N., et al. Application of carbon fibers to biomaterials: A new era of nano-level control of carbon fibers after 30-years of development. Chemical Society Reviews. 40 (7), 3824-3834 (2011).
- Welle, E. J., et al. Fabrication and characterization of a carbon fiber peripheral nerve electrode appropriate for chronic recording. FASEB Journal. 34 (1), 1 (2020).
- Guitchounts, G., Cox, D. 64-Channel carbon fiber electrode arrays for chronic electrophysiology. Scientific Reports. 10 (1), 3830 (2020).
- Patel, P. R., et al. High density carbon fiber arrays for chronic electrophysiology, fast scan cyclic voltammetry, and correlative anatomy. Journal of Neural Engineering. 17 (5), 056029 (2020).
- Massey, T. L., et al. Open-source automated system for assembling a high-density microwire neural recording array. 2016 International Conference on Manipulation, Automation and Robotics at Small Scales (MARSS). , 1-7 (2016).
- Schwerdt, H. N., et al. Subcellular probes for neurochemical recording from multiple brain sites. Lab Chip. 17, 1104-1115 (2017).
- Welle, E. J., et al. Ultra-small carbon fiber electrode recording site optimization and improved in vivo chronic recording yield. Journal of Neural Engineering. 17 (2), 026037 (2020).
- Guitchounts, G., Markowitz, J. E., Liberti, W. A., Gardner, T. J. A carbon-fiber electrode array for long-term neural recording. Journal of Neural Engineering. 10 (4), 046016 (2013).
- Gillis, W. F., et al. Carbon fiber on polyimide ultra-microelectrodes. Journal of Neural Engineering. 15 (1), 016010 (2018).
- Dong, T., Chen, L., Shih, A. Laser sharpening of carbon fiber microelectrode arrays for brain recording. Journal of Micro and Nano-Manufacturing. 8 (4), 041013 (2020).
- Massey, T. L., et al. A high-density carbon fiber neural recording array technology. Journal of Neural Engineering. 16 (1), 016024 (2019).
- Romeni, S., Valle, G., Mazzoni, A., Micera, S. Tutorial: a computational framework for the design and optimization of peripheral neural interfaces. Nature Protocols. 15 (10), 3129-3153 (2020).
- Khani, H., Wipf, D. O. Fabrication of tip-protected polymer-coated carbon-fiber ultramicroelectrodes and pH ultramicroelectrodes. Journal of The Electrochemical Society. 166 (8), 673-679 (2019).
- El-Giar, E. E. D. M., Wipf, D. O. Preparation of tip-protected poly(oxyphenylene) coated carbon-fiber ultramicroelectrodes. Electroanalysis. 18 (23), 2281-2289 (2006).
- Venkatraman, S., et al. In vitro and in vivo evaluation of PEDOT microelectrodes for neural stimulation and recording. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 19 (3), 307-316 (2011).
- Petrossians, A., et al. Electrodeposition and Characterization of Thin-Film Platinum-Iridium Alloys for Biological Interfaces. Journal of the Electrochemical Society. 158 (6), 269-276 (2011).
- Lee, C. D., Hudak, E. M., Whalen, J. J., Petrossians, A., Weiland, J. D. Low-impedance, high surface area Pt-Ir electrodeposited on cochlear implant electrodes. Journal of The Electrochemical Society. 165 (12), 3015-3017 (2018).
- Cassar, I. R., et al. Electrodeposited platinum-iridium coating improves in vivo recording performance of chronically implanted microelectrode arrays. Biomaterials. 205, 120-132 (2019).
- Taylor, I. M., et al. Enhanced dopamine detection sensitivity by PEDOT/graphene oxide coating on in vivo carbon fiber electrodes. Biosensors and Bioelectronics. 89, 400-410 (2017).
- Mohanaraj, S., et al. Gold nanoparticle modified carbon fiber microelectrodes for enhanced neurochemical detection. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (147), e59552 (2019).
- Pusch, J., Wohlmann, B. Chapter 2 - Carbon fibers. Inorganic and composite fibers. Production, properties, and applications. , Woodhead Publishing. 31-51 (2019).
- Budai, D., Hernádi, I., Mészáros, B., Bali, Z. K., Gulya, K. Electrochemical responses of carbon fiber microelectrodes to dopamine in vitro and in vivo. Acta Biologica Szegediensis. 54 (2), 155-160 (2010).
