Diseño y fabricación de Ultralight Peso, ajustables Sondas Multi-electrodos para electrofisiológicos grabaciones en ratones

El objetivo general de este procedimiento es diseñar y construir un implante robusto y ultraligero con electrodos ajustables de forma independiente a partir de piezas disponibles en el mercado que se puedan personalizar para dirigirse a cualquier región del cerebro y que se puedan escalar fácilmente para su uso en una variedad de especies de animales pequeños. En primer lugar, se identifica la región cerebral de interés y se debe trazar la disposición de los electrodos de registro. Esto determinará el diseño del cuerpo de la unidad y la parte inferior de la unidad.

El segundo paso es crear el cuerpo de la unidad para alojar las microunidades individuales, así como las piezas superiores, que transportarán los electrodos utilizando un software de trabajo sólido. A continuación, se prepara la pieza inferior que contiene los tubos guía para los electrodos y un cono de blindaje. El paso final es ensamblar completamente el hipermotor insertando la pieza inferior en el cuerpo de la unidad, construyendo el microaccionamiento individual, conectando la placa de interfaz electrónica y cargando los microaccionamientos con electrodos.

En última instancia, se implanta el hiperimpulsor y se pueden obtener grabaciones de una sola unidad de múltiples regiones del cerebro. Debido a la facilidad con la que el hipermotor se puede personalizar y escalar, beneficiará al número de investigadores que trabajan en una variedad diferente de modelos animales. Por lo tanto, tener implantes robustos y ligeros nos permite obtener un conjunto neuronal estable de grabaciones y ratones que se comportan libremente mientras realizan tareas psicofísicas.

Para comenzar el procedimiento, identifique la región cerebral de interés. En nuestro caso, es el núcleo lateral en las coordenadas AP de menos 2,3 a menos 2,7 milímetros. El LGN es más ancho y esta región se utiliza para diseñar la parte inferior de la unidad.

Abra el software de trabajo sólido y seleccione el plano frontal. Dibuje el perfil 2D de la unidad utilizando la función de boceto, que incluirá los contornos de las manijas de la base de la unidad y las medias ranuras de poliamida. Asegúrese de que el contorno no contenga ningún espacio abierto.

A continuación, seleccione los planos frontal y derecho y haga clic en crear eje. A continuación, haga clic en la función base de jefe girado. Seleccione el perfil 2D azul y, a continuación, gire el perfil 2D alrededor del eje durante 360 grados.

Para crear la base de la unidad 3D, haga clic en ceguera en la dirección uno e introduzca 360 grados como ángulo de rotación. Después de eso, cree una media ranura de poliamida seleccionando el contorno resaltado y usando la función de rotación para girar el contorno 13 grados alrededor del eje central. A continuación, seleccione el contorno de las manijas y gírelo 15 grados alrededor del eje central para crear la segunda manija de accionamiento.

Usando la función de patrón circular en el menú de características, haga clic en patrón circular y elija el eje central como eje de revolución. Seleccione 180 grados como ángulo y dos como número de instancias, y asegúrese de que el primer controlador esté seleccionado en características para crear un patrón para crear 16 medias ranuras de poliamida. Usando la función de patrón circular, seleccione la primera media ranura de poliamida como características para el patrón.

Repita el patrón 16 veces introduciendo 16 en el número de instancias y 22,5 grados en el ángulo. Defina un nuevo plano haciendo clic en la pestaña de plano debajo de geometría de referencia. Seleccione los dos lados de una de las ranuras superiores de poliamida para crear un nuevo plano.

Este plano es donde irá el receptáculo. Dibuje los contornos circulares para el orificio del tornillo y el orificio de poliamida en este plano. Para los rieles antitorsión, defina una línea central entre los dos lados de las ranuras superiores de poliamida.

A continuación, dibuje los rieles antitorsión creando dos círculos perpendiculares a la línea central que centra nuestro radio, y luego recorte los contornos centrales para crear el receptáculo de la microunidad, incluido el orificio del tornillo, el orificio de poliamida y el riel antitorsión. Haga clic en extruir la base del saliente para crear el riel antitorsión y elija una extrusión ciega de 10 milímetros hacia arriba y dos milímetros hacia abajo. A continuación, añada filetes de 0,3 milímetros a los bordes utilizando la función de filete.

Para aumentar aún más la resistencia del orificio del tornillo y el orificio de poliamida, haga clic en extrusión, corte y elija ciego. Cortes de tres milímetros tanto para bajar como para subir unos milímetros. A continuación, modele el receptáculo de la microunidad 16 veces utilizando el centro como eje de revolución en la parte superior del mango.

Dibuje una caja de tres milímetros por tres milímetros comenzando en la punta central de la manija de la unidad hacia el eje central. Extruye esto dos milímetros hacia arriba. Usando la función de saliente de extrusión, dibuje círculos de un milímetro de diámetro en las ubicaciones en las que los tornillos EIB irán después.

Haz un corte de extrusión de 1,5 milímetros para hacer un agujero. A continuación, modela la caja y el agujero dos veces. Con la función de patrón circular, realice cortes de extrusión adicionales en el cuerpo de la unidad para reducir aún más el peso dibujando un patrón en el plano frontal y utilizando la función de patrón circular.

Después de eso, dibuja un boceto de la pieza superior con las dimensiones indicadas en milímetros. A continuación, utiliza la base de saliente de extrusión para hacer un modelo 3D de ella. Agregue filetes de un milímetro a las esquinas usando la función de filete cuando el diseño de la unidad esté completo, el cuerpo de la unidad y las piezas superiores se pueden imprimir a través de la mayoría de los servicios de impresión 3D.

En este procedimiento, coloque un pequeño trozo de cinta adhesiva de doble cara sobre una superficie plana y corte los tubos de poliamida de calibre 31 en trozos de aproximadamente ocho centímetros. A continuación, coloque la primera capa de tubos guía lo más cerca posible entre sí sobre la cinta adhesiva de doble cara. A continuación, aplica una pequeña cantidad de pegamento fino de cianoacrilato sobre la capa de poliimidas.

A continuación, coloque rápidamente una segunda capa de poliamida. Después de eso, cree un marcador de posición de fibra óptica con una cánula de calibre 26. Asegúrese de que la cánula esté lubricada con un lubricante a base de teflón antes de incorporarla al conjunto.

A continuación, aplique una línea de epoxi de cuatro a cinco milímetros perpendicular al haz de poliamida. Una vez que el epoxi se haya endurecido, después de dos o tres horas, retire la cinta de la capa inferior y vuelva a aplicar el epoxi en el otro lado. Después de que el epoxi se haya endurecido, nuevamente, retire la cánula de calibre 26.

Haga un corte en el medio con una cuchilla de afeitar para generar dos matrices de poliamida, cada una de las cuales se puede usar para un hipermotor. Ahora, imprima la plantilla del cono en una hoja de papel transparente y corte la hoja correspondiente de papel de aluminio de alta resistencia. Aplique una capa de epoxi al papel de aluminio y luego aplique rápidamente el papel transparente con un objeto pesado o una clavija de madera, alise el epoxi para que se distribuya uniformemente.

A continuación, recorta la plantilla del cono y sujétala con una pinza de cocodrilo. Finalmente, use otro poco de epoxi para fijar permanentemente las piezas para ensamblar el micro drive. En primer lugar, fije el EIB al cuerpo de la unidad con dos tornillos.

A continuación, vuelva a insertar la cánula de calibre 26 a través de la matriz del tubo guía de poliamida. Alinee la matriz de poliamida con el cuerpo de la unidad utilizando el orificio de fibra óptica en el EIB para asegurarse de que los tubos guía estén perpendiculares al EIB. Después de eso, fije la matriz al cuerpo de la unidad con epoxi y asegúrese de que no fluya epoxi hacia los tubos guía o hacia el cuerpo de la transmisión.

Finalmente, el exceso de epoxi se elimina con una dremel y luego se asigna cada tubo guía en la matriz de poliamida a un soporte correspondiente en la pared interior del cuerpo de la transmisión. Deslice un pequeño anillo de poliamida de calibre 33 sobre cada tubo guía y dentro del soporte. A continuación, aplique una pequeña cantidad de pegamento de cianoacrilato para fijar cada tubo guía.

Finalmente, fije todo el aparato a la pared interior del cuerpo de la unidad con epoxi y corte la poliamida para que sobresalgan justo por encima del labio interior. A continuación, construya un conjunto de micro accionamiento colocando uno de los tornillos hechos a medida a través del orificio central de una pieza superior, seguido de uno de los resortes de cinco milímetros. Deslice el orificio exterior de la pieza superior sobre uno de los rieles y atornille suavemente.

A continuación, introduzca el tornillo hasta que el muelle alcance su longitud mínima de compresión. Y repita este proceso para cada micro accionamiento de riel. A continuación, dé la vuelta a la matriz de accionamientos y observe la disposición de la matriz del tubo guía.

Posteriormente se utiliza para mapear la ubicación del tubo guía correspondiente a cada micro accionamiento. A continuación, registre la identidad de la unidad micro correspondiente. Ahora inserte un tubo Poly IDE en cada tubo guía desde la parte inferior de la base de la transmisión.

Deje que el tubo portador se extienda de uno a dos milímetros desde la parte superior de la microunidad completamente bajada. A continuación, registre la identidad de la unidad micro correspondiente. En la fotografía.

Fije el tubo de poliamida al soporte de la microunidad con epoxi, teniendo cuidado de que no pase a través de la microunidad hacia el resorte o el tornillo. A continuación, corte todos los tubos de poliimida a la altura de la cabeza del tornillo de microaccionamiento y enrase en la parte inferior de la matriz de poliimida. A continuación, monte el EIB en la base de la unidad con dos tornillos.

En este punto, la matriz de unidades está lista para ser cargada con TRO estéreo o teros. Después de cargar, invierta la unidad y baje con cuidado el cono de protección sobre la unidad para que solo sobresalga la pieza inferior que se adhiera al cono de protección fijando el cono de protección al cuerpo de la unidad con epoxi. Después de colocar el cono, pele un pequeño trozo de alambre de acero inoxidable y fíjelo al BEI.

Rasque la parte interior de aluminio del cono con una aguja y conecte el alambre de acero al cono con pintura plateada. Una vez que la pintura plateada se haya secado, refuérzala con un poco de epoxi. Aquí hay una imagen de un ratón que se mueve libremente con el hiperimpulsor implantado.

Y estos son los ejemplos de dos grabaciones de forma de onda de una sola unidad de este ratón. Aquí se muestra una sección coronal del cerebro del ratón, resaltando el núcleo genante lateral donde se bajaron algunos de los electrodos. Y aquí hay un ejemplo de los histogramas de tiempo de estímulo de dos neuronas LGN alineadas con la estimulación visual.

Aquí está la sección coronal que destaca el hipocampo donde se bajó otro conjunto de electrodos. Aquí se muestra un ejemplo de registro de potencial de campo local de una ondulación del hipocampo Con la experiencia adecuada, se puede ensamblar un nuevo hipermotor en un día. Los impulsos desarrollados en este procedimiento pueden combinarse con otras técnicas, como la optogenética, con el fin de estimular y registrar subpoblaciones de neuronas identificadas.