小動物の慢性神経録音用超軽量電動マイクロドライブの設計およびアセンブリ

本手順の全体的な目的は、行動下にある小動物から安定した細胞外記録を行うのに適した、超軽量の電動マイクロドライブを組み立てることです。まず、コネクタとモーターをシャーシにしっかりと固定します。次に、シャトルをシャーシに適合するように成形し、シャットルチューブを取り付けます。

次に、電極ガイドチューブを取り付け、記録用電極をマイクロドライブに装填します。最後に、電極と配線が不意に損傷するのを防ぐため、透明なカバーを装着します。適切に組み立てて植え込んだ後、このマイクロドライブを用いて、最大10週間にわたり細胞外活動を記録することが可能です。

当社の設計および組み立て手順は、使いやすさを最大限に高め、コストを最小限に抑えるために時間をかけて進化させてきました。その結果、以前に発表された多くのバージョンよりも、より幅広い研究者にとって実用的で導入しやすいものとなっています。ここに完全なマイクロドライブを示します。これはいくつかの主要コンポーネントで構成されており、ドライブの超構造として機能するシャーシ、微細なネジ山を持つ出力シャフトを備えたモーター、電極を保持し電気的接続点となるネジ付きシャトル、およびシャトルチューブ、電極、電極ガイドチューブに示されているノエティクスコネクタから成ります。

シャーシ電極シャトルおよび電極シャトルチューブは、3D CADソフトウェアで設計し、地域の精密加工業者に依頼して製作したカスタム部品です。その他の部品はすべて市販品です。まず、ニッパーを使用してコネクタ底面のコンタクトピンを切り揃えます。

この概略図に示すように、後列のピンを1.5 millimetersに、前列のピンを1 millimeterにトリミングします。次に、開口したキャビティを下にしてシャーシを小型万力で慎重に固定し、シアノアクリレート系接着剤を使用して、4本の15 millimeterのポリアミドチューブを、後方のシャーシ表面に面し、かつ互いに平行になるようにシャーシに取り付けます。シアノアクリレート系接着剤が乾燥したら、ポリアミドチューブを約6 millimetersの長さにトリミングし、ウェストセクションを取り除きます。

残りのチューブ部分は、シャーシの下端から約3 mmの距離になるようにしてください。次に、エポキシ樹脂を使用して、シャーシ上にコネクタ用の小さな台座を作成します。その上にコネクタを配置し、コネクタの周囲にさらにエポキシ樹脂を塗布します。

コネクタ表面はポリアミドチューブより数ミリ上の位置に配置し、シャーシ表面と平行にします。エポキシ樹脂が完全に硬化した後、シャーシをバイスから取り外し、前面を上にしてジグに移動させます。次に、シャーシの穴にモーター配線を通し、ベースの溝にモーターをスライドして挿入します。

モーターとドライブシャフトがシャーシに対して平行であり、底面および側面にぴったりと密着していることを確認した後、エポキシ樹脂でモーターをシャーシに固定します。エポキシ樹脂が硬化した後、コネクタにアクセスできるようにシャーシを回転させます。モーターと配線への機械的ストレスを軽減するため、配線がシャーシから出ている箇所に少量の速硬化性エポキシ樹脂を塗布します。次に、配線を切り揃えて被覆を剥き、コネクタの適切な接点に半田付けします。

モーターをテストし、シャフトが両方向にスムーズに回転することを確認した後、電極シャトルの組み立てに進みます。まず、シャトルをモーターシャフトに慎重にねじ込み、低速でドライブシャフトの全長にわたって上下に動かし、適合性をテストしてください。

シャトルはシャーシにぴったりと適合し、ドライブ内で挟まったり、モーターシャフトの回転が止まったりしてはいけません。シャトルがシャフトに沿ってスムーズに移動しない場合は、シャーシの表面とドライブスクリューに異物がないか確認してください。

精密ピンセットまたは圧縮空気を用いてゴミを取り除き、ネジ山に軽鉱物油を塗布して、適合性を再確認します。シャトルがきつすぎる場合は、ピンセットと細目の砥石を使用して、シャトルの側面から妨げとなっている部分を取り除きます。この際、均一に削るように注意してください。

最後に、移動中に傾きやガタつきがありシャトルが緩んでいる場合は、透明フィルムの小さな切れ端をシャトルに貼り付け、シャトルとシャーシ表面の隙間を埋めます。適切にフィットしたことが確認できたら、シャフトからシャトルを取り外し、シャトルの4つの大きな穴にステンレス鋼チューブを押し込みます。この際、チューブがシャトルの中心にあること、およびここで示されているように4本のチューブの端が揃っていることを確認してください。各チューブの底部にシアノアクリレート接着剤を少量塗布し、接着剤がシャトルの端やチューブ内部に入らないように注意します。接着剤が乾燥したら、完成した電極シャトルをドライブシャフトに再度ねじ込み、ネジ山の底部まで完全に締め付けます。

ポリアミドチューブを25 millimeterの長さに4本切り、電極ガイドとして使用します。さらに、組み立て時のダミー電極として使用するため、電極を40 millimeterの長さに4本切断します。チューブの各セクションをダミー電極にスライドさせ、電極がチューブの端から約10 millimeter突出するように配置します。

次に、ここに示すように、各ポリアミドチューブをシャーシ内に配置します。少量のクイックキャストを混ぜ合わせ、電極の上端から約2 mm下に塗布し、乾燥させます。続いて、ダミー電極を取り外し、電極ガイドの自由端を再配置して、ドライブの底部で密な束になるようにします。

必要に応じて、電極を固定するために細いワイヤーを電極の周囲に巻き付けてください。次に、ここに示すように、クイックキャストを用いて新しい位置を固定します。鋭利なメスを使用して、マイクロドライブの底面から突き出ている電極チューブガイドを切り揃えます。

これらのチューブは最終的に電極を脳表面まで導くため、選択する長さは植込部位の解剖学的構造によって異なります。次に、30 mmの長さの絶縁白金線を切り、端部の絶縁体を1 mm剥離させます。続いて、それをコネクタの信号ピンのいずれかにハンダ付けします。

次に、ワイヤーをコネクタの下で曲げ、ワイヤーガイドチューブのいずれか一方に押し込みます。ワイヤーをピンと張り、電極シャトルをシャフトの上端に合わせた状態で、シャーシ上部のガイドスロットまで導きます。25 millimeterの電極をポリアミドチューブに挿入し、ステンレス製チューブを通して上に引き上げます。

シャトル内で、電極の先端がポリアミドチューブの下端と面するように配置します。その後、電極をシャトルチューブの1 mm上の位置でトリミングします。

精密ピンセットを使用して、電極の末端2 mmと白金線の末端2 mmから絶縁体を剥ぎ取ります。電極の先端がガイドチューブの底と一致するように位置を調整します。次に、白金線をシャトルチューブに挿入し、1 mmの短いタングステン線をシャトルチューブにスライドさせて挿入することで、両者を固定します。

電極とワイヤーが密着しており、機械的および電気的な接続が確保されていることを確認します。次に、シャトルを駆動シャフトの長さに沿って上下に動かし、スムーズに動作し続けるかを確認します。すべての電極を同様に設置した後、接地線として使用するために30 millimeterの長さの銀線を切断します。

絶縁体の一端を1 mm剥離し、電極がガイドチューブの壁面と擦れる摩擦を軽減するため、グラウンドピンにハンダ付けします。ガイドチューブの先端に軽質ミネラルオイルを1滴滴下し、毛細管現象によってオイルがチューブ内に浸透するようにします。次に、12 mm × 25 mmの長方形にカットした透明フィルムを、幅の広いU字型に折り曲げます。

接着剤を用いて、このカバーをシャーシの外表面に取り付けます。次に、15 mm × 6 mmの長方形にカットした透明フィルムを用意し、シアノアクリレート系接着剤を使用してコネクタの周囲に固定します。その際、透明フィルムの長い方の端がコネクタの上端と面が合うようにしてください。

最終的なデバイスはこのようになります。以下の画像は、行動中のキンカチョウの robust nucleus of the arch AUM から得られた代表的な記録を示しています。最初の画像は、植え込みから1週間後に 10 mega プラチナムイリジウム電極を用いて記録したシングルユニット活動を示しています。

次の画像は、前の画像で使用したのと同じ電極による記録ですが、約9週間後にキャプチャされたものです。低インピーダンス電極を使用することで、記録の高い品質が維持されていることに注目してください。安定したマルチユニット活動を記録することが可能です。

この最後の画像は、1 MΩの白金電極で記録したマルチユニット活動を示しています。組み立て手順に習熟すれば、最初の一台を製作した後のエポキシ樹脂の乾燥時間を除けば、マイクロドライブの完全な組み立ては約5時間で完了します。なお、再利用のための準備は2時間未満で完了します。