Construcción e implementación de matrices de microelectrodos de fibra de carbono para grabaciones in vivo crónicas y agudas

La construcción de sobremesa descrita aquí es una de las pocas tecnologías de electrodos actualmente disponibles que permiten grabaciones de grupos densos de neuronas y siguen a muchas de esas neuronas a lo largo del tiempo. Las matrices de microelectrodos de fibra de carbono son baratas de construir. Son pequeños, biocompatibles y se mueven con el cerebro, lo que permite grabaciones sanas y estables.

Las fibras de carbono son extremadamente delgadas e inicialmente, son muy difíciles de ver. Sin embargo, después de unos días de trabajar con ellos, se vuelven más fáciles de manipular. Para empezar, coloque un trozo de cinta adhesiva de doble cara en dos lados largos del cassette, alineando el borde de la cinta con el borde interior del cassette.

Para preparar una herramienta de manipulación de fibra de carbono, envuelva un pequeño trozo de película adhesiva alrededor de una aguja de calibre 30 para formar un punto afilado pero flexible con la película. A continuación, separe las fibras individuales del paquete horneado y colóquelas paralelas con el lado corto del cassette manteniendo una distancia de dos a tres milímetros. Después de asegurar la colocación de 20 a 30 fibras en cada cassette, selle las fibras en su lugar colocando cinta transparente sobre la cinta de doble palo y coloque los casetes llenos en el soporte del cassette.

Para ensamblar la matriz de microelectrodos de fibra de carbono, comience a alimentar cada cable de conexión a tierra a través del canal apropiado en el extremo del conector de la plantilla y continúe hasta que dos extremos tengan la misma longitud. Luego gírelos juntos para asegurarlos en la plantilla. Aplique cemento dental curado con UV para asegurar el alambre mientras se asegura de no obtener ningún cemento dental dentro del canal abierto desde donde se alimenta el cable.

Use la varita de curado UV para curar el cemento dental durante 20 segundos y alinee la plantilla y el vicio de tal manera que el extremo del conector, el recipiente y la punta del embudo sean visibles. A continuación, oriente la plantilla para que el embudo apunte lejos del usuario y el conector termine frente al usuario. Luego deslice la punta de la aguja de calibre 25 contra el cassette en el sitio de eliminación de fibra potencial y corte una sola fibra de carbono del cassette.

Sostenga el extremo libre recién cortado de la fibra con una herramienta de fibra de carbono y, con la aguja, corte el otro extremo de la fibra lejos del cassette. Luego, nuevamente, use la herramienta de fibra de carbono para recoger la fibra de carbono de tal manera que un extremo tenga aproximadamente un centímetro de longitud de la herramienta. Use la herramienta de fibra de carbono unida a fibra para alimentar el extremo más corto de la fibra a través de la pieza del embudo desde el recipiente medio de la plantilla.

Continúe alimentando la fibra a través del embudo de la plantilla hasta que la mayor parte de la longitud de la fibra haya pasado. Alimente la parte posterior de la fibra a través de un canal disponible utilizando la herramienta de fibra de carbono. Continúe alimentando a través de la parte posterior hasta que unos cinco milímetros de fibra sobresalgan o corten a medida si es necesario.

Para quitar el aislamiento en el extremo del conector, use un encendedor de rueda de chispa estándar para pasar la llama sobre las fibras expuestas, luego alimente la fibra flameada a través de la plantilla para que la porción de fibra flameada esté ahora dentro del canal mientras se asegura de que no sobresalgan fibras de la parte posterior de la plantilla. Aplique cemento dental curado con UV a las fibras de la cuenca de la plantilla para llenar toda la cuenca, cubriendo las aberturas de ambos canales y embudo. Después de quitar la plantilla del vicio y orientar la plantilla para que el embudo apunte hacia abajo, asegure la plantilla con el extremo del conector apuntando hacia arriba.

Llene la aguja con una impresión de plata e inserte cuidadosamente la aguja en un canal hasta que el cemento dental la detenga. Para llenar el canal con pintura, presione lentamente la jeringa mientras retira la aguja del canal, luego sumerja un aplicador de punta de algodón en el diluyente de pintura y limpie la base de la superficie de la plantilla de cualquier pintura. Ahora inserte el conector del escenario principal en la orientación adecuada alineando los pines con los canales.

Una vez que el conector de la etapa principal se siente recto, erguido y esté lo más enjuagado posible a la plantilla, asegure el conector de la etapa principal a la plantilla aplicando cemento dental a lo largo del borde donde el conector de la etapa principal se encuentra con la plantilla, luego cure uv durante 20 segundos. Para cortar la punta del electrodo a la longitud deseada, baje el electrodo en un vaso de precipitados de agua desionizada o destilada hasta que la punta del embudo esté completamente sumergida y se mantenga normal a la superficie. Ahora junte las fibras de carbono individuales eliminando el electrodo del agua.

Coloque el electrodo de modo que las fibras queden al ras de la superficie guía y corte las fibras a la longitud deseada con un bisturí en un movimiento de rodadura, luego conecte el electrodo al probador de impedancia multielectrodo utilizando el adaptador apropiado y pruebe la impedancia. Ahora baje la punta del electrodo unos dos milímetros en un tubo de microcentrífuga de PBS molar 0.1 e inserte el cable de conexión a tierra en el tubo de microcentrífuga. Para reducir la impedancia de la punta del electrodo, inyecte una corriente positiva con la amplitud y duración elegidas, y luego enjuague las fibras en agua desionizada o destilada para limpiar.

A continuación, para realizar la galvanoplastia en la solución de chapado en oro, baje la punta del haz de electrodos unos dos milímetros en el tubo de la microcentrífuga en la mezcla de chapado e inserte el cable de conexión a tierra en el tubo de la microcentrífuga. A continuación, establezca los parámetros adecuados para la galvanoplastia. Enjuague bien las fibras con agua desionizada o destilada después de la galvanoplastia.

La imagen representativa sem de fibra de carbono preparada mostró una solución de baño de oro concentrada en la punta. La galvanoplastia de fibra en oro resultó en una disminución de las impedancias adecuadas para la grabación. Los valores de impedancia de 300 canales después del corte inicial, la inyección de corriente positiva y la galvanoplastia mostraron valores de impedancia disminuidos después de cada paso de procesamiento.

Las duraciones moderadas de galvanoplastia de oro produjeron los depósitos pequeños y redondeados en las puntas del haz de fibra de carbono. Además, se analizó la actividad electrofisiológica estable de 64 canales en la corteza retroesplenial de un ratón macho adulto que se comporta libremente. Los resultados demostraron la consistencia de la calidad de grabación, la detección robusta de una sola unidad, la consistencia a lo largo del tiempo como lo demuestran las formas de onda de pico no normalizadas y el piso de ruido estable.

Además, el voltaje bruto rastreado 11 meses después de la implantación mostró un sólido potencial de campo local. Un ejemplo representativo de un registro agudo de microelectrodos de fibra de carbono de 16 canales adquirido de la corteza visual primaria de un hurón hembra adulto también se muestra aquí. Las matrices de microelectrodos de fibra de carbono permiten el registro a corto plazo o crónico de neuronas cercanas en el cerebro durante largos períodos de tiempo, lo cual es esencial para comprender los circuitos neuronales.