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

Gli elettrodi in fibra di carbonio sono più piccoli dei neuroni e fanno danni minimi. Inoltre, possono essere fabbricati con attrezzature specializzate minime sul piano di lavoro. Il vantaggio principale di questa tecnica è nella sua semplicità.

Consente agli utenti di creare e personalizzare array neurali, senza esperienza di camera bianca. Manipolare le fibre di carbonio e posizionare la resina epossidica d'argento è complicato e critico. Queste due parti richiedono molta pratica e un controllo motorio fine.

Il primo giorno è sempre il peggiore, ma con la pratica, dopo circa una settimana, costruirai un array neurale funzionale. Per iniziare, impostare un saldatore a 315 gradi Celsius. Applicare il flusso a tutti i cuscinetti di saldatura.

Formare piccoli cumuli di saldatura sui cuscinetti posteriori dell'array flessibile, quindi saldare i pin su entrambi i lati del connettore. Una volta fissato, spingere delicatamente la punta del saldatore, tra i perni anteriori, per saldare le restanti connessioni nella parte posteriore. Applicare uno strato di flusso aggiuntivo, se la saldatura richiede molto tempo, quindi saldare la prima fila di perni alla scheda.

Pulire il flusso in eccesso con alcool isopropilico al 100% e una spazzola a setole corte. Quindi, spingere lentamente la resina epossidica posata con una siringa, posizionata con la smussatura verso il basso sui perni, per incapsulare la connessione saldata. Posare una piccola linea di resina epossidica sul retro della scheda e tirarla sui bordi del connettore per fissarla.

Fai capillari con un estrattore di vetro e un filamento. Tagliare un capillare di vetro tirato, in modo che la sua punta si adatti tra le tracce dell'array. Quindi, raccogliere approssimativamente un rapporto uno a uno di resina epossidica d'argento in un piatto di plastica, con le estremità di legno di due applicatori con punta di cotone e mescolarlo.

Scartare gli applicatori dopo la miscelazione. Tagliare da due a quattro millimetri, dall'estremità di un fascio di fibra di carbonio, su una carta da stampa con una lama di rasoio. Tirare una carta laminata, delicatamente, sopra la parte superiore del fascio per separare le fibre e il fascio.

Quindi, prendi un po 'di resina epossidica sull'estremità del capillare tirato. E applicalo delicatamente tra ogni altra traccia, all'estremità della tavola, riempiendo lo spazio. Posizionare una fibra di carbonio in ogni traccia epossidica, con pinzette rivestite in teflon.

Quindi, regolare le fibre di carbonio con un capillare tirato pulito, per renderle perpendicolari all'estremità della scheda flex array e seppellirle sotto la resina epossidica. Posizionare gli array su un blocco di legno, con estremità in fibra a strapiombo sul bordo del blocco. Cuocere il blocco di legno e le matrici a 140 gradi Celsius per 20 minuti, per polimerizzare la resina epossidica d'argento e bloccare le fibre in posizione.

Se la resina epossidica d'argento cortocircuita due o più fibre insieme, può essere rimossa usando un capillare di vetro pulito e raschiando delicatamente dalla tavola. Conservare le schede finite in una scatola con una piattaforma rialzata, per sospendere le estremità in fibra della scheda, per evitare la rottura della fibra. Applicare una piccola goccia di resina epossidica UV sulle tracce esposte con un capillare pulito e continuare ad aggiungere goccioline, fino a quando le tracce sono completamente coperte.

Curare la resina epossidica UV sotto una penna UV per due minuti e ripeterla per l'altro lato della scheda. Tagliare le fibre a un millimetro con un reticolo stereoscopico e forbici chirurgiche. Per controllare le connessioni elettriche, impostare il potenziostato a zero volt, per cinque secondi, e stabilizzare il segnale registrato.

Eseguire una scansione dell'impedenza di un kilohertz per ogni fibra con un potenziostato. Registrare le misurazioni tramite il software associato al potenziostato. Quindi immergere le fibre in acqua deionizzata in un becher, tre volte, per risciacquarle.

Raschiare delicatamente Via Parylene C da terra e fare riferimento ai fili sulla scheda con una pinzetta. Quindi, tagliare due lunghezze di cinque centimetri di filo d'argento isolato con una lama di rasoio. De-isolare da due a tre millimetri di filo, da un'estremità e circa 10 millimetri dall'estremità opposta.

Quindi, riscaldare il saldatore a 315 gradi Celsius e applicare un piccolo flusso ai fili. Inserire da due a tre millimetri di un filo, in ciascun filo di elettrofisiologia sulla scheda, e applicare la saldatura sulla parte superiore dei fili. Dopo aver lasciato raffreddare la sonda, capovolgerla per applicare una piccola saldatura sul retro del filo.

Tagliare via qualsiasi filo esposto che sporge dal tumulo di saldatura posteriore. Posizionare gli array nella scatola di stoccaggio, piegando i fili indietro, lontano dalla fibra e fissare i fili sul nastro adesivo, per evitare potenziali interazioni con i fili in fibra. Le immagini SEM delle punte sono state utilizzate per determinare la lunghezza del carbonio esposto e la geometria della punta.

Le fibre tagliate a forbice hanno geometrie della punta incoerenti, con Parylene C che si piega all'estremità. Le fibre tagliate al laser NDYAG rimangono coerenti, nell'area del sito di registrazione, nella forma e nell'impedenza. Le fibre bruciate a soffiaggio portano alla più grande dimensione dell'elettrodo e alla variabilità della forma e a una punta affilata.

In media, 140 micrometri di carbonio sono stati riesposti. Le fibre tagliate al laser UV erano simili alle fibre bruciate dal soffio, mostrando 120 micrometri di carbonio, esposti dalla punta. Le impedenze risultanti erano a portata di mano, per la registrazione elettrofisiologica.

Le fibre tagliate al laser NDYAG avevano la superficie più piccola ma le impedenze più alte. Seguito da fibre soffiate e uv tagliate al laser. Tuttavia, in tutti i casi, le fibre rivestite PEDOT:pTS, sono scese sotto la soglia di 110 kilo ohm.

Le registrazioni acute di quattro fibre di trattamento laser UV, di due millimetri di lunghezza, contemporaneamente impiantate nella corteccia motoria del ratto, hanno mostrato tre unità su tutte le fibre, suggerendo che il trattamento delle fibre con il laser UV economico, è simile ad altri metodi di taglio. Quando si tenta questo protocollo, concedersi uno spazio ampio e pulito quando si popolano le fibre di carbonio. È facile spazzare accidentalmente tutte le fibre dal tavolo, perché non c'è abbastanza spazio di manovra.

Questi array sono ora adatti per le registrazioni di unità di segnale dal cervello. Queste tecniche di costruzione hanno permesso al gruppo del Dr.Barnes, presso l'Università del Michigan, di riferire e al gruppo del Dr.Chiel presso la Case Western Reserve University, di riferire intracellulare.