Boîte à outils open-source: réseau de microélectrodes en fibre de carbone de paillasse pour l’enregistrement des nerfs

Les électrodes en fibre de carbone sont plus petites que les neurones et ne causent que des dommages minimes. De plus, ils peuvent être fabriqués avec un minimum d’équipement spécialisé sur la paillasse. Le principal avantage de cette technique réside dans sa simplicité.

Il permet aux utilisateurs de créer et de personnaliser des réseaux de neurones, sans expérience de salle blanche. Manipuler les fibres de carbone et placer l’époxy d’argent est délicat et critique. Ces deux parties demandent beaucoup de pratique et de contrôle de la motricité fine.

Le premier jour est toujours le pire, mais avec de la pratique, après environ une semaine, vous construirez un réseau de neurones fonctionnels. Pour commencer, réglez un fer à souder à 315 degrés Celsius. Appliquez un flux sur tous les tampons de soudure.

Formez de petits monticules de soudure sur les coussinets arrière du réseau flexible, puis soudez les broches de chaque côté du connecteur. Une fois fixé, poussez doucement la pointe du fer à souder, entre les broches avant, pour souder les connexions restantes à l’arrière. Appliquez une couche de flux supplémentaire, si la soudure prend beaucoup de temps, puis soudez la rangée avant de broches à la carte.

Nettoyez l’excès de flux avec de l’alcool 100% isopropylique et une brosse à poils courts. Ensuite, poussez lentement l’époxy posé avec une seringue, placée côté biseau sur les broches, pour encapsuler la connexion soudée. Posez une petite ligne de l’époxy à l’arrière de la carte et tirez-la sur les bords du connecteur pour la fixer.

Fabriquez des capillaires avec un extracteur de verre et un filament. Coupez un capillaire en verre tiré, de sorte que sa pointe s’insère entre les traces du réseau. Ensuite, prélever environ un rapport d’un pour un époxy d’argent dans un plat en plastique, avec les extrémités en bois de deux applicateurs à pointe de coton et mélanger.

Jetez les applicateurs après le mélange. Coupez deux à quatre millimètres, à partir de l’extrémité d’un faisceau de fibre de carbone, sur un papier d’imprimante avec une lame de rasoir. Tirez doucement un papier laminé sur le dessus du paquet pour séparer les fibres et le paquet.

Ensuite, prenez un peu d’époxy sur l’extrémité du capillaire tiré. Et appliquez-le doucement entre toutes les autres traces, à l’extrémité de la planche, en comblant l’espace. Placez une fibre de carbone dans chaque trace époxy, avec une pince à épiler recouverte de téflon.

Ensuite, ajustez les fibres de carbone avec un capillaire tiré propre, pour les rendre perpendiculaires à l’extrémité du panneau flex array et les enterrer sous l’époxy. Placez les tableaux sur un bloc de bois, avec des extrémités fibrées surplombant le bord du bloc. Cuire le bloc de bois et les matrices à 140 degrés Celsius pendant 20 minutes, pour durcir l’époxy argenté et verrouiller les fibres en place.

Si l’époxy argenté court-circuite deux fibres ou plus ensemble, il peut être retiré à l’aide d’un capillaire en verre propre et en le grattant doucement de la planche. Rangez les planches finies dans une boîte avec une plate-forme surélevée, pour suspendre les extrémités fibrées de la carte, afin d’éviter la rupture de la fibre. Appliquez une minuscule gouttelette d’époxy UV sur les traces exposées avec un capillaire propre et continuez à ajouter des gouttelettes, jusqu’à ce que les traces soient complètement couvertes.

Durcissez l’époxy UV sous un stylo UV pendant deux minutes et répétez-le de l’autre côté de la planche. Coupez les fibres à un millimètre avec un réticule stéréoscope et des ciseaux chirurgicaux. Pour vérifier les connexions électriques, réglez le potentiostat sur zéro volt, pendant cinq secondes, et stabilisez le signal enregistré.

Exécutez un scan d’impédance d’un kilohertz pour chaque fibre avec un potentiostat. Enregistrez les mesures via le logiciel associé au potentiostat. Ensuite, trempez les fibres dans de l’eau désionisée dans un bécher, trois fois, pour les rincer.

Grattez doucement le parylène C du sol et référencez les fils sur la planche avec une pince à épiler. Ensuite, coupez deux longueurs de cinq centimètres de fil d’argent isolé avec une lame de rasoir. Désarriquez deux à trois millimètres de fil, à partir d’une extrémité et à environ 10 millimètres de l’extrémité opposée.

Ensuite, chauffez le fer à souder à 315 degrés Celsius et appliquez un petit flux sur les fils. Insérez deux à trois millimètres d’un fil dans chaque fil d’électrophysiologie de la carte et appliquez de la soudure sur le dessus des fils. Après avoir laissé refroidir la sonde, retournez-la pour appliquer un peu de soudure à l’arrière du fil.

Coupez tout fil exposé qui dépasse du monticule de soudure arrière. Placez les matrices dans la boîte de stockage, en pliant les fils en arrière, loin de la fibre et fixez les fils sur le ruban adhésif, pour éviter les interactions potentielles avec les fils de fibre. Des images SEM des pointes ont été utilisées pour déterminer la longueur du carbone exposé et la géométrie de la pointe.

Les fibres coupées aux ciseaux ont des géométries de pointe incohérentes, avec parylène C se pliant sur l’extrémité. Les fibres découpées au laser NDYAG restent cohérentes, dans la zone du site d’enregistrement, la forme et l’impédance. Les fibres chalumeaux conduisent à la plus grande taille d’électrode, à la variabilité de la forme et à une pointe aiguisée.

En moyenne, 140 micromètres de carbone ont été réexposés. Les fibres découpées au laser UV étaient similaires aux fibres brûlées par soufflage, montrant 120 micromètres de carbone, exposés à partir de la pointe. Les impédances résultantes étaient à portée de main, pour l’enregistrement électrophysiologique.

Les fibres découpées au laser NDYAG avaient la plus petite surface mais les impédances les plus élevées. Suivi de chalumeaux et de fibres découpées au laser UV. Cependant, dans tous les cas, les fibres revêtues de PEDOT:pTS sont tombées sous le seuil de 110 kilos ohms.

Des enregistrements aigus de quatre fibres de traitement laser UV, de deux millimètres de longueur, implantées simultanément dans le cortex moteur du rat, ont montré trois unités sur toutes les fibres, suggérant que le traitement des fibres avec le laser UV peu coûteux est similaire à d’autres méthodes de coupe. Lorsque vous essayez ce protocole, donnez-vous un grand espace propre lorsque vous peuplez des fibres de carbone. Il est facile de balayer accidentellement toutes vos fibres de la table, car il n’y a pas assez de marge de manœuvre.

Ces réseaux sont maintenant adaptés aux enregistrements d’unités de signal à partir du cerveau. Ces techniques de construction ont permis au groupe du Dr Barnes, à l’Université du Michigan, de faire rapport et au groupe du Dr Chiel à l’Université Case Western Reserve, de signaler les intracellulaires.