Construction et mise en œuvre de réseaux de microélectrodes en fibre de carbone pour les enregistrements in vivo chroniques et aigus

La construction de paillasse décrite ici est l’une des rares technologies d’électrodes actuellement disponibles qui permettent d’enregistrer à partir de groupes denses de neurones et de suivre bon nombre de ces neurones au fil du temps. Les réseaux de microélectrodes en fibre de carbone sont peu coûteux à construire. Ils sont petits, biocompatibles et se déplacent avec le cerveau, ce qui permet des enregistrements sains et stables.

Les fibres de carbone sont extrêmement minces et au départ, elles sont très difficiles à voir. Cependant, après quelques jours de travail avec eux, ils deviennent plus faciles à manipuler. Pour commencer, posez un morceau de ruban adhésif double face sur deux longs côtés de la cassette, en alignant le bord de la bande avec le bord intérieur de la cassette.

Pour préparer un outil de manipulation en fibre de carbone, enroulez un petit morceau de film adhésif autour d’une aiguille de calibre 30 pour former un point pointu mais flexible avec le film. Ensuite, séparez les fibres individuelles du paquet cuit et posez-les parallèlement au côté court de la cassette en gardant une distance de deux à trois millimètres. Après avoir assuré le montage de 20 à 30 fibres sur chaque cassette, scellez les fibres en place en posant du ruban adhésif transparent sur le ruban adhésif double et placez les cassettes remplies dans le support de cassette.

Pour assembler le réseau de microélectrodes en fibre de carbone, commencez à alimenter chaque fil de mise à la terre par le canal approprié à l’extrémité du connecteur du gabarit et continuez jusqu’à ce que deux extrémités soient de longueur égale. Ensuite, tordez-les ensemble pour les fixer sur le gabarit. Appliquez du ciment dentaire durci aux UV pour fixer le fil tout en veillant à ne pas obtenir de ciment dentaire dans le canal ouvert à partir duquel le fil est alimenté.

Utilisez la baguette de durcissement UV pour durcir le ciment dentaire pendant 20 secondes et alignez le gabarit et l’étau de manière à ce que l’extrémité du connecteur, le bassin et la pointe de l’entonnoir soient visibles. Ensuite, orientez le gabarit de sorte que l’entonnoir pointe loin de l’utilisateur et que le connecteur se termine face à l’utilisateur. Ensuite, faites glisser la pointe de l’aiguille de calibre 25 contre la cassette sur le site d’élimination potentiel de la fibre et coupez une seule fibre de carbone de la cassette.

Tenez l’extrémité libre fraîchement coupée de la fibre à l’aide d’un outil en fibre de carbone et, à l’aide de l’aiguille, coupez l’autre extrémité de la fibre loin de la cassette. Ensuite, utilisez à nouveau l’outil en fibre de carbone pour ramasser la fibre de carbone de sorte qu’une extrémité soit à environ un centimètre de longueur de l’outil. Utilisez l’outil en fibre de carbone attaché à la fibre pour alimenter l’extrémité la plus courte de la fibre à travers la pièce de l’entonnoir à partir du bassin central du gabarit.

Continuez à alimenter la fibre à travers l’entonnoir de gabarit jusqu’à ce que la majeure partie de la longueur de la fibre soit traversée. Alimentez la partie arrière de la fibre à travers un canal disponible à l’aide de l’outil en fibre de carbone. Continuez à alimenter par l’arrière jusqu’à ce qu’environ cinq millimètres de fibre dépassent ou coupent à la taille si nécessaire.

Pour retirer l’isolant à l’extrémité du connecteur, utilisez un briquet à roue à étincelles standard pour passer la flamme sur les fibres exposées, puis alimentez la fibre flammée à travers le gabarit afin que la partie en fibre flammée soit maintenant dans le canal tout en veillant à ce qu’aucune fibre ne dépasse de l’arrière du gabarit. Appliquez du ciment dentaire durci aux UV sur les fibres de bassin du gabarit pour remplir tout le bassin, couvrant les ouvertures des deux canaux et de l’entonnoir. Après avoir retiré le gabarit de l’étau et orienté le gabarit de manière à ce que l’entonnoir pointe vers le bas, fixez le gabarit avec l’extrémité du connecteur pointant vers le haut.

Remplissez l’aiguille avec une impression argentée et insérez soigneusement l’aiguille dans un canal jusqu’à ce qu’elle soit arrêtée par le ciment dentaire. Pour remplir le canal avec de la peinture, appuyez lentement sur la seringue tout en retirant l’aiguille du canal, puis trempez un applicateur à pointe de coton dans le diluant à peinture et nettoyez la base de la surface du gabarit de toute peinture. Insérez maintenant le connecteur de l’étage de tête dans la bonne orientation en alignant les broches avec les canaux.

Une fois que le connecteur de l’étage de tête est droit, droit et qu’il est aussi rincé que possible sur le gabarit, fixez le connecteur de l’étage de tête au gabarit en appliquant du ciment dentaire le long du bord où le connecteur de l’étage de tête rencontre le gabarit, puis durcissez les UV pendant 20 secondes. Afin de couper l’extrémité de l’électrode à la longueur souhaitée, abaissez l’électrode dans un bécher d’eau désionisée ou distillée jusqu’à ce que la pointe de l’entonnoir soit complètement immergée et maintenue normale à la surface. Maintenant, rassemblez les fibres de carbone individuelles en retirant l’électrode de l’eau.

Posez l’électrode de manière à ce que les fibres soient au ras de la surface de guidage et coupez les fibres à la longueur souhaitée avec un scalpel dans un mouvement de roulement, puis fixez l’électrode au testeur d’impédance multiélectrode à l’aide de l’adaptateur approprié et testez l’impédance. Maintenant, abaissez la pointe de l’électrode d’environ deux millimètres dans un tube de microcentrifugation de PBS 0,1 molaire et insérez un fil de mise à la terre dans le tube de microcentrifugeuse. Pour réduire l’impédance de la pointe de l’électrode, injectez un courant positif avec l’amplitude et la durée choisies, puis rincez les fibres dans de l’eau désionisée ou distillée pour les nettoyer.

Ensuite, pour effectuer la galvanoplastie dans la solution de placage d’or, abaissez la pointe du faisceau d’électrodes d’environ deux millimètres dans le tube de microcentrifugation dans le mélange de placage et insérez le fil de mise à la terre dans le tube de microcentrifugation. Définissez ensuite les paramètres appropriés pour la galvanoplastie. Rincez soigneusement les fibres avec de l’eau désionisée ou distillée après la galvanoplastie.

L’image SEM représentative de la fibre de carbone préparée montrait une solution de placage d’or concentrée à la pointe. La galvanoplastie de fibres en or a entraîné une diminution des impédances adaptées à l’enregistrement. Les valeurs d’impédance de 300 canaux après la coupe initiale, l’injection de courant positif et la galvanoplastie ont montré des valeurs d’impédance réduites après chaque étape de traitement.

Des durées modérées de galvanoplastie de l’or ont produit des dépôts petits et arrondis sur les extrémités des faisceaux de fibres de carbone. En outre, l’activité électrophysiologique stable à 64 canaux dans le cortex rétrosplénial d’une souris mâle adulte se comportant librement a été analysée. Les résultats ont démontré la cohérence de la qualité d’enregistrement, la détection robuste d’une seule unité, la cohérence dans le temps, comme le montrent les formes d’onde de pointe non normalisées et le plancher de bruit stable.

En outre, la tension brute tracée 11 mois après l’implantation a montré un fort potentiel de champ local. Un exemple représentatif d’un enregistrement aigu de réseaux de microélectrodes en fibre de carbone à 16 canaux acquis à partir du cortex visuel primaire d’un furet femelle adulte est également montré ici. Les réseaux de microélectrodes en fibre de carbone permettent l’enregistrement à court terme ou chronique des neurones voisins dans le cerveau sur de longues périodes de temps, ce qui est essentiel pour comprendre les circuits neuronaux.