Method Article

オープンソースツールキット:神経記録用のベンチトップカーボンファイバーマイクロ電極アレイ

DOI:

10.3791/63099

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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

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

ここでは、神経および脳における 生体内で 記録するためのカスタマイズ可能な炭素繊維電極アレイの作製方法論について説明する。

Abstract

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

従来の末梢神経プローブは、主にクリーンルームで製造されており、高価で高度に専門化された複数のツールを使用する必要があります。この論文は、経験の浅いクリーンルームユーザーが迅速に学ぶことができる炭素繊維神経電極アレイのクリーンルーム「光」製造プロセスを提示する。この炭素繊維電極アレイ製造プロセスに必要なクリーンルームツールはパリレンC蒸着機で、迅速に習得することも、限界費用で商業加工施設に委託することもできます。この製造プロセスには、プリント回路基板の手作業による実装、絶縁、チップの最適化も含まれます。

ここで検討した3つの異なる先端最適化(Nd:YAGレーザー、ブロートーチ、UVレーザー)により、さまざまな先端形状と1kHzのインピーダンスが得られ、ブロートーチされたファイバはインピーダンスが最も低くなります。これまでの実験ではレーザーとブロートーチ電極の有効性が証明されていますが、この論文では、UVレーザーカットファイバーが 生体内で神経信号を記録できることも示しています。既存の炭素繊維アレイは、バンドルに有利な個別の電極を持たないか、または人口と断熱のためにクリーンルームで製造されたガイドを必要とします。提案されたアレイは、ファイバーの集合のためにベンチトップで使用できるツールのみを使用します。この炭素繊維電極アレイ製造プロセスにより、市販のプローブと比較して低価格でバルクアレイ製造の迅速なカスタマイズが可能になります。

Introduction

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

神経科学研究の多くは、電気生理学(ePhys)を使用して神経信号を記録することに依存しています。これらの神経信号は、ニューラルネットワークの機能や、脳機械や末梢神経インターフェースなどの新しい治療法を理解するために不可欠です1,2,3,4,5,6。末梢神経を取り巻く研究には、カスタムメイドまたは市販の神経記録電極が必要です。ミクロンスケールの寸法と壊れやすい材料を備えたユニークなツールである神経記録電極は、製造するための特別なスキルと機器のセットを必要とします。特定の最終用途向けにさまざまな特殊なプローブが開発されています。しかし、これは、実験が現在入手可能な市販のプローブを中心に設計されなければならないか、または実験室が特殊なプローブの開発に投資しなければならないことを意味し、これは長いプロセスである。末梢神経における多種多様な神経研究のために、汎用性の高いePhysプローブ4,7,8に対する高い需要がある。理想的なePhysプローブは、小さな記録サイト、低インピーダンス9、およびシステムに実装するための財政的に現実的な価格帯を特長としています3。

現在の市販の電極は、神経の外側に位置する神経外またはカフ電極(Neural Cuff10、MicroProbes Nerve Cuff Electrode11)、または神経を貫通して目的の筋膜内に座る筋膜内のいずれかである傾向がある。しかし、袖口電極は繊維から遠く離れているため、近くの筋肉やターゲットではない可能性のある他の筋膜からより多くのノイズを拾います。これらのプローブはまた、神経を収縮させる傾向があり、組織が治癒している間に電極界面でバイオファウリング(グリア細胞および瘢痕組織の蓄積)につながる可能性がある。筋膜内電極(LIFE12、TIME13、Utah Arrays14など)は、ファシクル選択性の利点を追加し、良好な信号対ノイズ比を有するため、機械インターフェース用の信号を区別する上で重要である。しかし、これらのプローブには生体適合性の問題があり、時間の経過とともに神経が変形します3,15,16。商業的に購入された場合、これらのプローブは両方とも静的設計を持ち、実験固有のカスタマイズのためのオプションがなく、新しい実験室にとって高価です。

他のプローブによって提示される高コストと生体適合性の問題に対応して、炭素繊維電極は、神経科学研究所が特殊な機器を必要とせずに独自のプローブを構築するための道を提供する可能性があります。炭素繊維は、低ダメージ挿入を可能にする小型フォームファクタを備えた代替記録材料です。炭素繊維は、集中的なクリーンルーム処理を行わずに、シリコン17,18,19よりも優れた生体適合性とかなり低い瘢痕応答を提供します5,13,14。炭素繊維は柔軟で耐久性があり、他の生体材料と容易に統合され19、神経から浸透して記録することができます7,20。炭素繊維の多くの利点にもかかわらず、多くの研究室では、これらのアレイの手動製造が困難であると感じています。いくつかのグループ21は、炭素繊維を束に結合し、集合的により大きな(〜200μm)直径をもたらす。しかし、私たちの知る限り、これらのバンドルは神経で検証されていません。他の人たちは、個別の炭素繊維電極アレイを製造していますが、その方法はクリーンルームで製造された炭素繊維ガイド22,23,24と、そのアレイを移入するための機器を必要とします17,23,24。これに対処するために、我々は、即興の修正を可能にする実験室のベンチトップで行うことができる炭素繊維アレイを作製する方法を提案する。結果として得られるアレイは、特殊なファイバー装着ツールなしで個別の電極チップを維持します。さらに、研究実験のニーズに合わせて複数の形状が提示されます。以前の作業8,17,22,25から構築したこのホワイトペーパーでは、クリーンルームのトレーニング時間を最小限に抑えながら、複数のスタイルのアレイを手動で構築および変更するための詳細な方法論を提供します。

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Protocol

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すべての動物処置は、ミシガン大学機関動物ケアおよび使用委員会によって承認されました。

1. 炭素繊維アレイの選択

  1. プリント基板(PCB)は、 図1に示す3つの設計のいずれかから選択します。
    メモ: このプロトコルでは、Flex 配列が焦点となります。
    1. Chestek Labのウェブサイト(https://chestekresearch.engin.umich.edu)のPCB設計を参照し、無料でPCB印刷所に送信し、PCB印刷所を通じて印刷を注文する準備ができています。
    2. 各ボードのコネクタの概要とその仕様については、 表 1 を参照して、 特定の実験セットアップで動作するコネクタの選択に役立ててください。

2. コネクタを回路基板にはんだ付けする

  1. はんだごてを 315 °C (600 °F) に設定します。
  2. PCB上のすべてのはんだ付けパッドにフラックスを塗布します。
    注:チューブ内のフラックスはパッド全体に絞ることができますが、ポット内のフラックスは、すべてのパッドにフラックスを自由に塗り付けることによって、綿の先端のアプリケーターの木製の端で適用できます。
  3. Flexアレイの背面パッドに小さなはんだの山を形成します(図2A)。
  4. コネクタピンの一番下の列をはんだパッドの一番下の列にはんだ付けします(図2B)。
    メモ: Chestek ラボが提供するすべてのボード設計は、コネクタが指定されたボードと正確にペアになるように設計されています。
    1. これを行うには、コネクタの両側のピンをはんだ付けして、はんだマウンドに簡単にアクセスできます。固定されたら、はんだごての先端を前面のピンの間にそっと押し込み、背面の残りの接続部をはんだ付けします。
      メモ: ピンの後列が固定されると、コネクタの残りの部分は、割り当てられたはんだパッドの上にある各ピンに揃います。
  5. 最前列のピンをボードにはんだ付けして、各ピンに少量のはんだを付けます。はんだ付けがすぐに行われない場合は、フラックスの追加層を適用します。
    1. 余分なフラックスを100%イソプロピルアルコール(IPA)と短い剛毛ブラシで拭き取ります。
  6. はんだ付けされた接続を遅延セットエポキシ(図2 C,D)に封入し、23 Gニードルと1 mLシリンジを使用してピンにベベル側を下に置きます。エポキシをシリンジにゆっくりと押し込み、接続部に流れ込むようにします。
    1. 遅延セットエポキシが硬化するように、ボードを一晩放置します。
      注:遅延セットエポキシの製品インサートは30分で硬化すると述べていますが、一晩放置すると、より安定した接続が形成されます。
  7. ボードの裏側を横切って遅延セットエポキシの小さな線を敷き、コネクタの端に引っ張って、ボードの裏側をコネクタの側面に固定します。
    1. ボードを離れて一晩で再び治してください。
      メモ: この時点で、配列を保存するか、ビルドを続行します。ビルドで一時停止する場合は、アレイを室温で清潔で乾燥した箱に保管します。

3. 繊維の個体数

  1. 引っ張ったガラスキャピラリーを、その先端がアレイの痕跡の間に収まるように切り取ります(図3A)。
    1. ガラスのプーラーとフィラメントを使用して、熱 = 900、プル = 70、速度 = 35、時間 = 200、圧力 = 900 の設定を使用して毛細血管を作成します。
      メモ:数字は単位がなく、このデバイスに固有のものです( 材料表を参照)。
  2. 2つの綿の先端のアプリケーター(銀エポキシの各部分ごとに1つ)の木の端を使用して、プラスチック皿で銀エポキシの小さな、〜1:1の比率をすくい取り、すくうのと同じ棒を使って混ぜる。混合後にアプリケーターを破棄します。
  3. 炭素繊維束の端をかみそりの刃を使ってプリンタ用紙に2〜4mm切り取ります。束の中の繊維を簡単に分離するには、束の上に積層された紙片をそっと引っ張ります。
    注:ラミネートされた紙片は、繊維に静的に転写され、繊維はそれ自体で分離します。
  4. ガラスキャピラリーのあるボードの片側の1組のトレースの間に銀エポキシを塗布します(図3B)。
    1. 引っ張った毛細血管の端にエポキシを少量取ります。ボードの端にある他のすべてのトレースの間にそっと塗布し、隙間を埋めます。
      メモ: ギャップは、隣接するトレースに触れるために溢れることなく、2 つのトレースの上部まで埋める必要があります。各トレースは 1 つのチャネルに接続されます。エポキシ集団のこの方法は、各繊維がそれに接続された2つのチャネルを有することを意味する。これは、2つのトレースがより良いファイバアライメントを可能にし、チャネルの冗長性が電気的接続を確実にするのに役立つためです。
  5. テフロンコーティングされたピンセットを使用して、各エポキシトレースに1本の炭素繊維を配置します(図3C)。
  6. クリーンに引っ張られたキャピラリーを使用して、炭素繊維がFlex Arrayボードの端に垂直になり、エポキシの下に埋もれるように調整します(図3D)。
  7. アレイを木製のブロックの上に置き、繊維の端がブロックの端に張り出しています。
    メモ: バックエンドの重みによって、アレイはブロック上に保持されます。
  8. 木製ブロックとアレイを140°Cで20分間焼いて銀エポキシを硬化させ、繊維を所定の位置にロックします。
  9. ボードの反対側に対して手順3.4~3.8を繰り返します。
    メモ: 配列は、任意のベイクステップの後に保存できます。ただし、収納ボックスが静電気に付着すると、ボードに装着時に塗布された銀エポキシが少なすぎると、繊維がボードから引き離されることがあります。
    1. ボードの大部分を接着剤に貼り付けることができるように、ボックス内に隆起した接着剤プラットフォームを作成し、ボードの繊維化された端部をボックス内に吊り下げて繊維の破損を防ぐことができます。室温で保存してください。
      メモ:保管中にファイバーがボードから引き抜かれた場合は、きれいに引っ張られたガラスキャピラリーでエポキシをトレースからこすり落とし、手順3.1~3.8を繰り返してファイバーを交換します。この時点から、ファイバの破損を防ぐために、この方法でファイバを吊り下げた状態でアレイを保存する必要があります。

4.炭素繊維を絶縁するために紫外線(UV)エポキシを塗布する

  1. 清潔なキャピラリーを使用し、小さな液滴(直径約0.5mmのUVエポキシ)を基板の片側の露出した痕跡に塗布します(図4A)。痕跡が完全に覆われるまでUVエポキシ液滴を加え続けます。
    メモ:後でスムーズに挿入できるように、UVエポキシがPCBの端を越えて炭素繊維に付着しないようにしてください。
  2. UVペンライトの下でUVエポキシを2分間硬化させる(図4B)。
  3. ボードの反対側について手順4.1~4.2を繰り返します。
  4. ステレオスコープレチクルと外科用ハサミを使用して繊維を1mmに切断します。
    メモ: アレイは、次の手順に進む準備ができるまで、この時点で保存できます。それらは、炭素繊維を箱自体から持ち上げる箱に保管する必要があります。アレイは室温で無期限に保存できます。

5. 1kHzのインピーダンススキャンによる電気的接続の確認(図5)

  1. 1mmの炭素繊維を1xリン酸緩衝生理食塩水(PBS)に沈める。
  2. 回路を完成させるには、塩化銀(Ag|AgCl)を参照電極およびステンレス鋼棒(対極)とする。
    1. ビーカークランプを用いて、Agを吊り下げ|1x PBS内のAgCl電極を、使用されているインピーダンスシステムのリファレンスに接続します。
    2. ビーカークランプを使用して、ステンレス鋼棒を1x PBSに吊り下げ、使用されているインピーダンスシステムの対極入力に接続します。
  3. 1つの正弦波形で0.01Vrmsで1kHzのスキャン周波数に設定されたポテンショスタットを使用して、各ファイバに対して1kHzの インピーダンススキャンを実行します。各スキャンの開始時にポテンショスタットを0 Vに設定し、記録された信号を安定化させます。ポテンショスタット関連のソフトウェアを介して測定値を記録します。
    メモ: 測定はビルドの任意の時点で行うことができます。ただし、絶縁前およびチップの準備中にのみ必要です。 表2は 、ユーザーのリファレンス用に、各ビルドステップ後の1kHzでのインピーダンスの標準的な範囲を示しています。
  4. 繊維を小さなビーカーに3回浸して脱イオン(DI)水ですすぎ、室温で乾燥させたままにします。
    メモ: アレイは、ユーザーが次の手順に進むまでストレージに残しておくことができます。

6. パリレンC絶縁材

注:パリレンCは、アレイのバッチにわたって室温で堆積することができ、高度にコンフォーマルコーティングを提供するため、炭素繊維の絶縁材料として選択されました。

  1. 嵌合コネクタを使用して Flex Array コネクタをマスクします。
  2. 8-12アレイのバッチを、隆起した接着プラットフォームを備えたストレージボックスに入れて、1回の実行で絶縁できるようにします。アレイのコネクタの端が接着剤プラットフォーム上にあり、アレイのファイバ化された端が張り出し(図6)、ファイバが接着剤に付着して引き剥がされるのを防ぎ、ファイバに均一なパリレンコーティングが確実に付着するようにアレイを配置します。
  3. パリレンC蒸着システム内のアレイをクリーンルーム内で800nmの厚さにコーティングし、使用している個々のクリーンルームで定義されている適切な個人用保護具(PPE)を着用します。
    注:ここでは、PPEはクリーンルームシューズ、スーツ、ヘッドカバー、ゴーグル、マスク、ラテックス手袋として定義されました。これはクリーンルームに入るための標準的なPPEであることに注意してください。このステップは、パリレンコーティング会社に有料で委託することができます。ただし、商用サービスでは、一度に複数のアレイをコートできる場合があります。各パリレンC蒸着システムには、異なる安全上の注意事項があります。使用前に技術者に連絡して、ユーザーの安全を確保してください。
  4. マスクとして使用されている嵌合コネクタを Flex アレイから取り外します。
  5. アレイを新しいボックスに入れ、使用できる状態になるまで保管します。

7. チップ調製方法

メモ: このセクションの 2 つの先端準備では、レーザーを使用して繊維を切断します。使用する波長に耐性のあるゴーグルなどの適切なPPEは、レーザーを使用するときに常に着用する必要があり、レーザーの近くにいる他のラボユーザーもPPEに装着する必要があります。これらの手順に記載されている繊維長は推奨される長さですが、ユーザーはニーズに合った任意の長さを試すことができます。ユーザは、はさみ切断だけでは電極25を再露出させるのに十分ではないため、以下のチップ準備方法のいずれかを選択しなければならない。

  1. ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット(Nd:YAG)レーザーカット
    1. 外科用はさみで繊維を550μmに切断する。
    2. 532nm Nd:YAGパルスレーザー(5mJ/パルス、5ns持続時間、900mW)を使用して繊維の先端から50μmを切り取り、パリレンCの下の炭素を再露出させます(通常は2〜3パルスかかります)。
      1. このレーザーシステムに付属の内蔵ステレオスコープを使用してファイバーチップを合わせます。
        注:このシステムにより、ユーザーは、ファイバーの端部を包み込むために使用された窓(ここでは、50μm x 20μm(高さx幅))を整列させることができます。
      2. ステレオスコープをファイバーの端に500倍の倍率で合わせると、正確で正確なカットができます。
        注:パリレンCは、先端からわずかに(<10μm)アブレーションし、鈍い円筒形の先端を残します。
  2. ブロートーチシャープニング25,26,27
    1. 外科用はさみで繊維を300μmに切断する。
    2. アレイを脱イオン水の皿に沈め、コネクタを側面を下にして、少量のパテで皿の底に固定した。
    3. ペンカメラを使用して、繊維を水面に合わせ、繊維が水面にほとんど触れないようにします。
    4. ブタンブロートーチの炎を3〜5mmに調整し、繊維を前後に動かして繊維を研ぐようにします。
      注:ファイバーチップは、炎が上を通過するとオレンジ色に輝きます。
    5. パテからアレイを取り出し、ステレオスコープの下で50倍の倍率で先端が尖っていないか調べます。
      メモ:尖った先端が観察された場合は、それ以上のブロートーチは必要ありません。ヒントが鈍く見える場合は、手順 7.2.2 ~ 7.2.5 を繰り返します。
  3. UVレーザーカット28
    注:UVレーザーは、使用されるUVレーザーの焦点がFlex Array炭素繊維のピッチよりも大きいため、現時点ではゼロ挿入力(ZIF)およびワイドボード設計でのみ使用できます。
    1. 手術用はさみで炭素繊維を1mmに切断します。
    2. UVレーザーを直交して構成された3つの電動ステージに貼り付けます。
      注:UVレーザーは、1.5Wの出力電力と405nmの波長を持つマルチモードの窒化インジウムガリウム(InGaN)半導体です。
      1. レーザーに連続ビームがあり、迅速かつ効果的なアライメントと切断が可能であることを確認してください。
    3. アレイを所定の位置に固定し、レーザーが通過できるように電極面を水平に保ちます。アレイがレーザーから適切な距離に保持されていることを確認し、ファイバーがレーザーの焦点で光になるようにします。これを行うには、レーザーに低い出力を与え、ファイバー28に最も焦点を合わせるように距離を調整します。
    4. UVレーザー焦点をファイバー面を横切って25μm/sの速度で移動させ、ファイバーを所望の長さに切断します(ここでは、すべてのファイバーが500μmに切断されます)。
      注:繊維は切断される前に明るい光を発します。処理後の繊維を、導電性ポリマーで被覆する準備ができるまで保管してください。

8. ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン):p-トルエンスルホネート(PEDOT:pTS)導電性コーティングによりインピーダンスを下げる

  1. 50mLのDI水に0.01M 3,4-エチレンジオキシチオフェンおよび0.1Mパラトルエンスルホン酸ナトリウムの溶液を混合し、攪拌板上で一晩(〜450rpm)または溶液中に微粒子が観察されなくなるまで攪拌する。
    メモ: 溶液は耐光性の容器に保管してください。混合後の溶液を冷蔵して、溶液を最大30日間使用可能に保ちます。
  2. 1x PBSで以前と同じパラメータを使用して1kHzのインピーダンススキャンを実行します(ステップ5.2~5.3)。どのファイバが良好な接続(<1MΩ、典型的には16本のファイバのうち14〜16本)を有するかに注目してください。
  3. PEDOT:pTSを備えたエレクトロプレートは、電極のインピーダンスを下げます。
    1. ファイバーチップをPEDOT:pTSソリューションに浸します。
    2. ステップ5.2で説明した手順に従って、1x PBSソリューションをPEDOT:pTSに切り替え、ボードへのすべての接続を印加電流チャネルに短絡します。
    3. ポテンショスタットを使用して、良好な繊維あたり600pAを600秒間塗布します。
    4. セルの電源を切り、実行の最後にセルを 5 秒間休ませます。
  4. 溶液から繊維を取り出し、DI水ですすいでください。
  5. 1 kHzのインピーダンスをリテイクして、ファイバが正常にコーティングされたことを確認します(手順5.2~5.3にリストされているのと同じパラメータを使用します)。
    注: 良好なファイバは、インピーダンスが 110 kΩ 未満のファイバとして指定されます。

9. アース線と基準線の接続

  1. ピンセットを使用して、パリレンCを地面からそっと削り取り、ボード上の参照ビアを拭き取ります。このボード設計では、グランドとリファレンスビアをペアで一緒にショートします。
    メモ: グランドビアとリファレンスビアは、Flexアレイのコネクタの近くにあり、コネクタの近くにある4つの小さな金の円です。ユーザーは、測定のために炭素繊維に最も近いビアからパリレンCを除去するだけで済みます。
  2. 5cmの長さの絶縁銀線をカミソリの刃で2本切ります。フレックスアレイに取り付ける一端から2~3 mm、両端から約10 mmのワイヤの端を断熱解除して、手術中の接地と参照を容易にします。
  3. はんだごてを600°Fに加熱します。 ビアに少量のフラックスを塗布します。
  4. ボード上の各ePhysビアに1本のワイヤ(2~3 mmの露出端)を挿入します。ビアの上部にはんだを付けます(図7A)。プローブを冷却してから裏返し、ビアの裏側に少量のはんだを塗布します(図7A)。
  5. 外科用はさみを使用して、背面のはんだマウンドから突き出ている露出したワイヤを切り取ります(録音で見られるノイズを減らすのに役立ちます)(図7B)。
  6. アレイを収納ボックスに戻し、ワイヤを曲げてファイバーから遠ざけます。ファイバーとワイヤーの相互作用を防ぐために、ワイヤーを粘着テープに固定します(図7C)。

10. 外科的処置

注:ラット皮質は、以前に説明したように、UVレーザー調製繊維の有効性をテストするために使用されました7,20。これらのプローブは、ブロートーチで準備された繊維と同様の形状とインピーダンスレベルのために神経内で機能します。この手術は、UVレーザーが電極の応答を変化させないことを検証するために、十分な注意を払って行われました。

  1. ケタミン(90mg/kg)とキシラジン(10mg/kg)の組み合わせを用いて、成人雄のロングエバンスラットを麻酔する。つま先ピンチテストで麻酔を確認します。手術中にラットの目が乾燥するのを防ぐために、目に軟膏を塗布する。
  2. 右半球の運動野の上に2 mm x 2 mmの開頭術を作成します。開頭術の左下隅を特定するには、ブレグマの前方1mm、正中線の側方1mmを測定します。
  3. アレイを定位器に取り付け、硬膜の表面に触れるまで繊維を静かに下げて、硬膜の定位器をゼロにします。アレイを手術部位から離し、挿入の準備が整うまで横に動かします。
  4. 組織の表面の上に有刺鉄線の端を持つ針を静かに引っ張ることによって硬膜を切除する。硬膜の一部が脳に開いたら、一対の細かい鉗子を使用して、硬膜を引き離すのをさらに支援します。
  5. 定位器具を使用して開頭術に繊維を挿入し、脳に1.2mmを挿入し、手でゆっくりと下げます。
  6. ePhys固有のヘッドステージとプリアンプでePhysデータを10分間記録します。
    1. プリアンプのハイパスフィルタを2.2Hzで、アンチエイリアスを7.5kHzで、サンプルを25kHzで処理するように設定します。
      注:これらの測定では、自発的な活動のみが記録されます。刺激は加えられません。
  7. 安楽死
    1. 生命の徴候が止まるまで(20〜30分)、ラットを1L /分の酸素下で5%のイソフルランの下に置きます。斬首で安楽死を確認する。

11. スパイクソート

  1. スパイクソートソフトウェアを使用して、以前に報告された方法を使用してデータをソートおよび分析します8。
  2. すべてのチャンネル(250 Hzコーナー、4次 バターワース)でハイパスフィルタを使用し、波形検出レベルをRMSスレッショルドの-3.5×設定します。
    1. ガウス モデルを使用して、類似の特性を持つクラスターとスパイクを使用します。少なくとも10個の波形のクラスターを組み合わせて平均し、さらなる分析に含めます。
    2. データセットからスパイクではないすべての波形を削除または削除します。
  3. すべてのチャンネルがソートされたらデータをエクスポートし、解析ソフトウェアを使用して波形をプロットし、さらに解析します。

12. 走査型電子顕微鏡(SEM)イメージング

注: この手順では配列が使用できなくなるため、配列が正しく処理されていることを確認するために、チップ処理の結果を調べる場合にのみ使用してください。アレイを正常に構築するためにこの手順を実行する必要はありません。SEMプロセスの一般的な概要を以下に要約します。ただし、SEM を以前に使用したことのないユーザは、トレーニングを受けたユーザから支援を受ける必要があります。

  1. PCBのファイバー化された端を切り取り、カーボンテープマスクされたSEMスタブに取り付けます。炭素繊維がSEMスタブにくっつくのを防ぐために、積み重ねられたカーボンテープ(4〜5層)の小さなプラットフォームにアレイを置きます。
  2. 金スパッタコーターの製造業者によって概説された手順に従って、アレイを金(100〜300Å)でスパッタコートする。
  3. 先端処理の効果を調べるには、15mmの作動距離と20kVのビーム強度でSEMでアレイを画像化します。
    メモ: アレイは、UVレーザーカットファイバの 図8D に示すように、低真空下でスパッタコーティングなしで画像化できます。このセットアップでは、11-12 mmの作動距離と4 kVのビーム強度を持つことをお勧めします。

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Results

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

ヒント検証: SEM 画像
以前の研究20 では、パリレンCが記録サイトを横切って折り畳まれたため、はさみの切断によってインピーダンスが信頼できないことがわかっていました。ここでは、シザー切断は、追加の仕上げ切断方法で加工する前に、繊維を所望の長さに切断する場合にのみ使用されます。チップのSEM画像を使用して、露出した炭素の長さとチップの形状を決定しました(図8)。

はさみとNd:YAGレーザーカット繊維は以前にレビューされました17,20。はさみカット繊維(図8A)の先端形状に一貫性がなく、パリレンCはカット時に端に折り畳まれます20。Nd:YAGレーザーカットファイバは、記録部位の面積、形状、インピーダンスにお...

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Discussion

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

材料代替
使用されるすべての材料は 材料表に要約されていますが、特定のベンダーからのものである必要がある材料はほとんどありません。Flex Arrayボードは、フレキシブルボードを印刷できる唯一の会社であるため、上場ベンダーから入手する必要があります。Flex Array コネクタは、独自のコネクタであるため、リストされているベンダーからも注文する必要があります。パリレンCは、室温でコンフォーマルコーティングを信頼性の高い方法で提供し、 in vivo 環境に耐えることができるため、繊維の断熱材として強く推奨されます。ポリイミドボードとボード上のエポキシは、他の絶縁技術に必要な高温に耐えられません。他のすべての材料は、他のベンダーから購入することも、ユーザーの裁量で代替品と交換することもできます。このビルドは、エンドユーザーの実験に合わせて柔軟でカスタマイズ可能であることを意図しています。ただし、リストされている材料またはベンダーからの変更は、エンドユーザーによって検証される必要があることに注意してください。

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Disclosures

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

著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。

Acknowledgements

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

この研究は、国立神経疾患・脳卒中研究所(UF1NS107659およびUF1NS115817)および米国国立科学財団(1707316)から財政的に支援された。著者らは、ミシガン大学工学部からの財政的支援と、ミシガン材料特性評価センターとVan Vlack学部研究所からの技術支援を認めている。著者らは、ハリール・ナジャフィ博士のNd:YAGレーザーの使用と、パリレンC蒸着装置の使用のためのLurie Nanofabrication Facilityに感謝する。また、Specialty Coating Systems(インディアナ州インディアナポリス)が商業コーティング比較研究に協力してくれたことにも感謝します。

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
3 プロング アサリ05-769-6Qフィッシャー数量: 2
単価 (USD): 20
3,4-エチレンジオキシチオフェン (25 g)
(PEDOT)		96618Sigma-Aldrich数量: 1
単価 (USD): 102
353ND-T エポキシ (8オンス)++
(ZIF およびワイド基板のみ)		353ND-T/8OZエポキシ技術数量: 1
単価 (USD): 48
Ag/AgCl (3M NaCl) 参照電極 (3個入り)50-854-570フィッシャー数量: 1
単価 (USD): 100
AutolabPGSTAT12Metrohm
Blowtorch1WG61Grainger数量: 1
単価 (USD): 36
炭素繊維T-650/35 3KCytec Thornel数量: 1
単価 (USD): n/a
カーボンテープNC1784521フィッシャー数量: 1
単価 (USD): 27
コットンチップ アプリケーターWOD1002MediChoice数量: 1
単価 (USD): 0.57
遅延セット エポキシ++1FBG8グレインジャー数量: 1
単価 (USD): 3
DI 水n/an/a数量: n/a
単価 (USD): n/a
Dumont Tweezers #550-822-409Fisher数量: 1
単価 (USD): 73
Flex Array**n/aMicroConnex数量: 1
単価 (USD): 68
FluxSMD291ST8CCDigiKey数量: 1
単価 (USD): 13
ガラス キャピラリー (350 個入り)50-821-986Fisher数量: 1
単価 (USD): 60
ガラス皿n/a n/a数量: 1
単価 (USD): 該当なし
Hirose コネクタ
(ZIF のみ)		H3859CT-NDDigiKey数量: 2
単価 (USD):
2 耐光ガラス瓶n/aフィッシャー数量: 1
単価 (USD): 該当なし
マイクロピペット 加熱装置FB315BSutter Instrument Co数量: 1
単価 (USD): n/a
マイクロピペットプーラーP-97Sutter Instrument Co数量: 1
単価 (USD): n/a
ニトリル手袋 (200個入り)19-041-171CFisher数量: 1
単価 (USD): 47
オフラインソーターソフトウェアn/aPlexon数量: 1
単価 (USD): n/a
Omnetics コネクタ*
(Flex Array Only)		A79025-001Omnetics Inc数量: 1
単価 (USD): 35
Omnetics コネクタ*
(Flex Array のみ)		A79024-001Omnetics Inc数量: 1
単価 (USD): 35
Omnetics to ZIF コネクタZCA-OMN16Tucker-Davis Technologies数量: 1
単価 (USD): n/a
ピン端子コネクタ
(ワイド基板のみ)		ED11523-NDDigiKey数量: 16
単価 (USD): 10
プローブ収納ボックスG2085Melmat数量: 1
単価 (USD): 2
Razor Blade4A807Grainger数量: 1
単価 (USD): 2
SEM post16327lnf数量: 1
単価 (USD): 3
銀エポキシ (1oz)++H20E/1OZエポキシ技術数量: 1
単価 (USD): 125
銀 GND REF ワイヤ50-822-122Fisher数量: 1
単価 (USD): 423.2
p-toulenesulphonate, Sodium p-toulenesulphonate（pTS)- 100g152536Sigma-Aldrich数量: 1
単価 (USD): 59
はんだ24-6337-9703DigiKey数量: 1
単価 (USD): 60
はんだごてチップT0054449899N-NDDigikey数量: 1
単価 (USD): 13
はんだ付けステーションWD1002N-NDDigikey数量: 1
単価 (USD): 374
SpotCure-B UV LED Cure Systemn/aFusionNet LLC数量: 1
単価 (USD): 895
ステンレス棒n/an/a数量: 1
単価 (USD): n/a
Stir Platen/aFisher数量: 1
単価 (USD): N/a
手術用ハサミ08-953-1Bフィッシャー数量: 1
単価 (USD): 100
TDT シュラウド
(ZIF のみ)		Z3_ZC16SHRD_RSNTDT数量: 1
単価 (USD): 3.5
テフロンピンセット50-380-043フィッシャー数量: 1
単価 (USD): 47
UV &可視光安全メガネ92522Loctite数量:1
単価(USD):45
UVエポキシ(8oz)++ < br / >(Flex Arrayのみ)OG142-87 / 8OZエポキシ技術数量:1
単価(USD):83
UVレーザーN/ aWER数量:1
単価(USD):30
Weigh boat
(500個パック)		08-732-112ッシャー数量: 1
単価 (USD): 58
Wide Board+n/aAdvanced Circuits数量: 1
単価 (USD): 3
ZIF Active HeadstageZC16Tucker-Davis Technologies数量: 1
単価 (USD): 925
ZIF Passive HeadstageZC16-PTucker-Davis Technologies数量: 1
単価 (USD): 625
ZIF*n/aCoast to Coast Circuits数量: 1
単価 (USD): 9
フィ

References

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