Method Article

Toolkit open source: array di microelettrodi in fibra di carbonio da banco per la registrazione nervosa

DOI:

10.3791/63099

⸱

October 29th, 2021

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, 2Department of Mechanical Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, 3Department of Mechanical Engineering, University of Massachusetts Lowell, 4Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Michigan, Ann Arbor, 5Neuroscience Graduate Program, University of Michigan, Ann Arbor, 6Robotics Graduate Program, University of Michigan, Ann Arbor

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Qui, descriviamo la metodologia di fabbricazione per array di elettrodi in fibra di carbonio personalizzabili per la registrazione in vivo nel nervo e nel cervello.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Le sonde nervose periferiche convenzionali sono fabbricate principalmente in una camera bianca, che richiede l'uso di più strumenti costosi e altamente specializzati. Questo documento presenta un processo di fabbricazione "leggero" della camera bianca di array di elettrodi neurali in fibra di carbonio che possono essere appresi rapidamente da un utente inesperto della camera bianca. Questo processo di fabbricazione di array di elettrodi in fibra di carbonio richiede un solo strumento per camera bianca, una macchina di deposizione Parylene C, che può essere appresa rapidamente o esternalizzata a un impianto di lavorazione commerciale a costo marginale. Questo processo di fabbricazione include anche il popolamento manuale di circuiti stampati, l'isolamento e l'ottimizzazione della punta.

Le tre diverse ottimizzazioni della punta esplorate qui (laser Nd: YAG, fiamma ossidrica e laser UV) si traducono in una gamma di geometrie della punta e impedenze a 1 kHz, con fibre ossidrica che risultano nella più bassa impedenza. Mentre esperimenti precedenti hanno dimostrato l'efficacia dell'elettrodo laser e fiamma ossido, questo documento mostra anche che le fibre tagliate al laser UV possono registrare segnali neurali in vivo. Gli array in fibra di carbonio esistenti non hanno elettrodi individuati a favore dei fasci o richiedono guide fabbricate in camera bianca per la popolazione e l'isolamento. Gli array proposti utilizzano solo strumenti che possono essere utilizzati da un banco per la popolazione di fibre. Questo processo di fabbricazione dell'array di elettrodi in fibra di carbonio consente una rapida personalizzazione della fabbricazione di array sfusi a un prezzo ridotto rispetto alle sonde disponibili in commercio.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gran parte della ricerca neuroscientifica si basa sulla registrazione di segnali neurali utilizzando l'elettrofisiologia (ePhys). Questi segnali neurali sono cruciali per comprendere le funzioni delle reti neurali e nuovi trattamenti medici come la macchina cerebrale e le interfacce nervose periferiche1,2,3,4,5,6. La ricerca che circonda i nervi periferici richiede elettrodi di registrazione neurale personalizzati o disponibili in commercio. Gli elettrodi di registrazione ....

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Protocol

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Tutte le procedure per gli animali sono state approvate dal Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali dell'Università del Michigan.

1. Scegliere un array in fibra di carbonio

  1. Scegliere un circuito stampato (PCB) da uno dei tre progetti mostrati nella Figura 1.
    NOTA: per questo protocollo, gli array Flex saranno al centro dell'attenzione.
    1. Fare riferimento ai progetti PCB sul sito Web di Chestek Lab (https://chestekresearch.engin.umich.edu), gratuitamente e pronti per essere inviati e ordinati per la stampa tramite una tipografia PCB.
    2. Vedere ....

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Results

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Convalida del suggerimento: immagini SEM
Lavori precedenti20 hanno dimostrato che il taglio a forbice ha provocato impedenze inaffidabili poiché Parylene C si è piegato attraverso il sito di registrazione. Il taglio a forbice viene utilizzato qui solo per tagliare le fibre alla lunghezza desiderata prima della lavorazione con un metodo di taglio di finitura aggiuntivo. Le immagini SEM delle punte sono state utilizzate per determinare la lunghezza del carbonio esposto e la geome.......

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Discussion

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Sostituzioni di materiali
Mentre tutti i materiali utilizzati sono riassunti nella Tabella dei materiali, pochissimi dei materiali devono provenire da fornitori specifici. La scheda Flex Array deve provenire dal fornitore elencato in quanto è l'unica azienda in grado di stampare la scheda flessibile. Anche il connettore Flex Array deve essere ordinato dal fornitore elencato in quanto si tratta di un connettore proprietario. Il parylene C è altamente raccomandato come materiale isolant.......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Questo lavoro è stato sostenuto finanziariamente dal National Institutes of Neurological Disorders and Stroke (UF1NS107659 e UF1NS115817) e dalla National Science Foundation (1707316). Gli autori riconoscono il sostegno finanziario del College of Engineering dell'Università del Michigan e il supporto tecnico del Michigan Center for Materials Characterization e del Van Vlack Undergraduate Laboratory. Gli autori ringraziano il Dr. Khalil Najafi per l'uso del suo laser Nd:YAG e della Lurie Nanofabrication Facility per l'uso della loro macchina di deposizione Parylene C. Vorremmo anche ringraziare Specialty Coating Systems (Indianapolis, IN) per il loro aiuto nello studio....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Vongole a 3 punte05-769-6QFisherQtà: 2
Costo unitario (USD): 20
3,4-etilendiossitiofene (25 g)
(PEDOT)		96618Sigma-AldrichQtà: 1
Costo unitario (USD): 102
353ND-T Epoxy (8oz)++
(solo ZIF e pannello largo)		Tecnologia epossidica353ND-T/8OZQtà: 1
Costo unitario (USD): 48
Ag/AgCl (3M NaCl) Elettrodo di riferimento (confezione da 3)50-854-570Fisher Qtà: 1
Costo unitario (USD): 100
AutolabPGSTAT12Metrohm
Blowtorch1WG61GraingerQtà: 1
Costo unitario (USD): 36
Fibre di carbonioT-650/35 3KCytec ThornelQtà: 1
Costo unitario (USD): n/a
Nastro di carbonioNC1784521FisherQtà: 1
Costo unitario (USD): 27
Applicatore con punta in cotoneWOD1002MediChoiceQtà: 1
Costo unitario (USD): 0,57
Equalizzatore epossidico++1FBG8GraingerQtà: 1
Costo unitario (USD): 3
DI Acquan/an/aQtà: n/a
Costo unitario (USD): n/a
Pinzetta Dumont #550-822-409FisherQtà: 1
Costo unitario (USD): 73
Flex Array**n/aMicroConnexQtà: 1
Costo unitario (USD): 68
FluxSMD291ST8CCDigiKeyQtà: 1
Costo unitario (USD): 13
Capillari in vetro (confezione da 350)50-821-986Fisher Qtà: 1
Costo unitario (USD): 60
Piatto in vetron/an/aQtà: 1
Costo unitario (USD): n/a
Connettore Hirose
(solo ZIF)		H3859CT-NDDigiKey Qtà: 2
Costo unitario (USD): 2
Bottiglia di vetro resistente alla lucen/aFisherQtà: 1
Costo unitario (USD): n/a
Micropipetta Riscaldamento FilimentFB315BSutter Instrument Co Qtà: 1
Costo unitario (USD): n/a
Estrattore per micropipetteP-97Sutter Instrument Co Qtà: 1
Costo unitario (USD): n/a
Guanti in nitrile (confezione da 200)19-041-171CFisher Qtà: 1
Costo unitario (USD): 47
Software di smistamento offlinen/aPlexonQtà: 1
Costo unitario (USD): n/a
Connettore Omnetics*
(solo Flex Array)		A79025-001Omnetics IncQtà: 1
Costo unitario (USD): 35
Connettore Omnetics*
(solo array flessibile)		A79024-001Omnetics IncQtà: 1
Costo unitario (USD): 35
Connettore da Omnetics a ZIFZCA-OMN16Tucker-Davis Technologies Qtà: 1
Costo unitario (USD): n/a
Pin Terminal Connector
(solo scheda larga)		ED11523-NDDigiKeyQtà: 16
Costo unitario (USD): 10
Scatola di stoccaggio della sondaG2085MelmatQtà: 1
Costo unitario (USD): 2
Lama di rasoio4A807GraingerQtà: 1
Costo unitario (USD): 2
SEM post16327lnfQtà: 1
Costo unitario (USD): 3
Epossidico d'argento (1oz)++H20E/1OZTecnologia epossidicaQtà: 1
Costo unitario (USD): 125
fili REF GND d'argento50-822-122FisherQtà: 1
Costo unitario (USD): 423,2
p-toulensolfonato di sodio (pTS) - 100 g152536Sigma-AldrichQtà: 1
Costo unitario (USD): 59
Solder24-6337-9703DigiKeyQtà: 1
Costo unitario (USD): 60
Punta per saldatoreT0054449899N-NDDigikeyQtà: 1
Costo unitario (USD): 13
Stazione di saldaturaWD1002N-NDDigikeyQtà: 1
Costo unitario (USD): 374
SpotCure-B UV LED Cure Systemn/aFusionNet LLCQtà: 1
Costo unitario (USD): 895
Barra in acciaio inossidabilen/an/aQtà: 1
Costo unitario (USD): n/a
Piastra di agitazionen/aFisherQtà: 1
Costo unitario (USD): n/a
Forbici chirurgiche08-953-1BFisherQtà: 1
Costo unitario (USD): 100
TDT Shroud
(solo ZIF)		Z3_ZC16SHRD_RSNTDTQtà: 1
Costo unitario (USD): 3,5
Pinzette in teflon50-380-043Fisher Qtà: 1
Costo unitario (USD): 47
UV & Vetri di sicurezza a luce visibile92522LoctiteQtà: 1
Costo unitario (USD): 45
UV Epoxy (8oz)++
(solo Flex Array)		OG142-87/8OZTecnologia epossidicaQtà: 1
Costo unitario (USD): 83
UV Lasern/aWER Qtà: 1
Costo unitario (USD): 30
Pesa barca
(confezione da 500)		08-732-112FisherQtà: 1
Costo unitario (USD): 58
Board+n/aAdvanced CircuitsQtà: 1
Costo unitario (USD): 3
ZIF Active HeadstageZC16Tucker-Davis Technologies Qtà: 1
Costo unitario (USD): 925
ZIF Headstage passivoZC16-PTucker-Davis TechnologiesQtà: 1
Costo unitario (USD): 625
ZIF*n/aCircuiti da costa a costaQtà: 1
Costo unitario (USD): 9
a presa ritardata Wide

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Szostak, K. M., Grand, L., Constandinou, T. G. Neural interfaces for intracortical recording: Requirements, fabrication methods, and characteristics. Frontiers in Neuroscience. 11, 665(2017).
  2. Cunningham, J. P., et al.

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