Costruzione e implementazione di array di microelettrodi in fibra di carbonio per registrazioni in vivo croniche e acute

La costruzione da banco qui descritta è una delle poche tecnologie di elettrodi attualmente disponibili che consentono registrazioni da densi gruppi di neuroni e seguono molti di questi neuroni nel tempo. Gli array di microelettrodi in fibra di carbonio sono poco costosi da costruire. Sono piccoli, biocompatibili e si muovono con il cervello, il che consente registrazioni sane e stabili.

Le fibre di carbonio sono estremamente sottili e inizialmente sono molto difficili da vedere. Tuttavia, dopo alcuni giorni di lavoro con loro, diventano più facili da manipolare. Per cominciare, posare un pezzo di nastro biadesivo su due lati lunghi della cassetta, allineando il bordo del nastro con il bordo interno della cassetta.

Per preparare uno strumento di manipolazione della fibra di carbonio, avvolgere un piccolo pezzo di pellicola adesiva attorno a un ago calibro 30 per formare un punto affilato ma flessibile con il film. Quindi, separare le singole fibre dal fascio cotto e posarle parallelamente al lato corto della cassetta mantenendo una distanza di due o tre millimetri. Dopo aver assicurato il montaggio di 20-30 fibre su ciascuna cassetta, sigillare le fibre in posizione posando del nastro trasparente sul nastro biadesivo e posizionare le cassette riempite nel supporto della cassetta.

Per assemblare l'array di microelettrodi in fibra di carbonio, iniziare ad alimentare ciascun filo di messa a terra attraverso il canale appropriato all'estremità del connettore della maschera e continuare fino a quando due estremità sono uguali in lunghezza. Quindi ruotali insieme per fissarli sulla maschera. Applicare cemento dentale polimerizzato uv per fissare il filo assicurando al contempo di non ottenere cemento dentale all'interno del canale aperto da dove viene alimentato il filo.

Utilizzare la bacchetta di polimerizzazione UV per polimerizzare il cemento dentale per 20 secondi e allineare la maschera e la morsa in modo tale che l'estremità del connettore, il bacino e la punta dell'imbuto siano visibili. Quindi, orientare la maschera in modo che l'imbuto punti lontano dall'utente e il connettore termini di fronte all'utente. Quindi far scorrere la punta dell'ago calibro 25 contro la cassetta nel potenziale sito di rimozione della fibra e tagliare una singola fibra di carbonio dalla cassetta.

Tenere l'estremità libera appena tagliata della fibra usando uno strumento in fibra di carbonio e usando l'ago, tagliare l'altra estremità della fibra lontano dalla cassetta. Quindi utilizzare nuovamente lo strumento in fibra di carbonio per raccogliere la fibra di carbonio in modo tale che un'estremità sia lunga circa un centimetro dall'utensile. Utilizzare lo strumento in fibra di carbonio fissato alla fibra per alimentare l'estremità più corta della fibra attraverso il pezzo di imbuto dal bacino centrale della maschera.

Continua ad alimentare la fibra attraverso l'imbuto della maschera fino a quando la maggior parte della lunghezza della fibra è passata. Alimenta la parte posteriore della fibra attraverso un canale disponibile utilizzando lo strumento in fibra di carbonio. Continuare ad alimentare attraverso la parte posteriore fino a quando circa cinque millimetri di fibra sporge o tagliato a misura se necessario.

Per rimuovere l'isolamento all'estremità del connettore, utilizzare un accendino a ruota a scintilla standard per far passare la fiamma sulle fibre esposte, quindi alimentare la fibra fiammata attraverso la maschera in modo che la porzione di fibra fiammata sia ora all'interno del canale, assicurando al contempo che nessuna fibra sporga dal retro della maschera. Applicare cemento dentale polimerizzato UV alle fibre del bacino della maschera per riempire l'intero bacino, coprendo le aperture di entrambi i canali e imbuto. Dopo aver rimosso la maschera dalla morsa e aver orientato la maschera in modo che l'imbuto punti verso il basso, fissare la maschera con l'estremità del connettore rivolta verso l'alto.

Riempire l'ago con stampa argentata e inserire con attenzione l'ago in un canale fino a quando non viene fermato dal cemento dentale. Per riempire il canale con la vernice, premere lentamente la siringa mentre si rimuove l'ago dal canale, quindi immergere un applicatore di punta di cotone nel diluente della vernice e pulire la base della superficie della maschera di qualsiasi vernice. Ora inserisci il connettore del palco principale nell'orientamento corretto allineando i pin con i canali.

Una volta che il connettore dello stadio di testa si trova dritto, in posizione verticale ed è il più possibile arrossato alla maschera, fissare il connettore dello stadio della testa alla maschera applicando cemento dentale lungo il bordo in cui il connettore dello stadio della testa incontra la maschera, quindi polimerizzare UV per 20 secondi. Per tagliare la punta dell'elettrodo alla lunghezza desiderata, abbassare l'elettrodo in un becher di acqua deionizzata o distillata fino a quando la punta dell'imbuto non è completamente immersa e mantenuta normale alla superficie. Ora riunisci le singole fibre di carbonio rimuovendo l'elettrodo dall'acqua.

Posare l'elettrodo in modo che le fibre si trovino a filo sulla superficie di guida e tagliare le fibre alla lunghezza desiderata con un bisturi in un movimento di rotolamento, quindi collegare l'elettrodo al tester di impedenza multielettrodo utilizzando l'adattatore appropriato e testare l'impedenza. Ora abbassare la punta dell'elettrodo di circa due millimetri in un tubo microcentrifuga di PBS molare 0,1 e inserire il filo di messa a terra nel tubo microcentrifuga. Per ridurre l'impedenza della punta dell'elettrodo, iniettare una corrente positiva con l'ampiezza e la durata scelte, quindi risciacquare le fibre in acqua deionizzata o distillata per pulire.

Successivamente, per eseguire la galvanostegia nella soluzione di placcatura in oro, abbassare la punta del fascio di elettrodi di circa due millimetri nel tubo microcentrifuga nella miscela di placcatura e inserire il filo di messa a terra nel tubo microcentrifuga. Quindi impostare i parametri appropriati per la galvanostegia. Risciacquare accuratamente le fibre con acqua deionizzata o distillata dopo la galvanica.

L'immagine SEM rappresentativa della fibra di carbonio preparata mostrava una soluzione di placcatura in oro concentrata sulla punta. La galvanostegia in fibra in oro ha comportato una diminuzione delle impedenze adatte alla registrazione. I valori di impedenza da 300 canali dopo il taglio iniziale, l'iniezione di corrente positiva e la galvanostegia hanno mostrato valori di impedenza ridotti dopo ogni fase di lavorazione.

Le durate moderate della galvanostea dell'oro hanno prodotto i depositi piccoli e arrotondati sulle punte dei fasci di fibra di carbonio. Inoltre, è stata analizzata l'attività elettrofisiologica stabile a 64 canali nella corteccia retrospleniale di un topo maschio adulto che si comporta liberamente. I risultati hanno dimostrato la coerenza della qualità di registrazione, il robusto rilevamento di una singola unità, la coerenza nel tempo come mostrato da forme d'onda spike non normalizzate e il rumore di fondo stabile.

Inoltre, la tensione grezza tracciata 11 mesi dopo l'impianto ha mostrato un robusto potenziale di campo locale. Un esempio rappresentativo di una registrazione acuta di microelettrodi in fibra di carbonio a 16 canali acquisita dalla corteccia visiva primaria di un furetto femmina adulto è anche mostrato qui. Gli array di microelettrodi in fibra di carbonio consentono la registrazione a breve termine o cronica dei neuroni vicini nel cervello per lunghi periodi di tempo, che è essenziale per la comprensione dei circuiti neurali.