注射器注射メッシュ電子安定した慢性の齧歯動物の生理

この方法は、老化プロセスが脳にどのように現れるか、脳がどのように発達するか、脳疾患がどのように発生および進行するかなど、神経科学の分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、メッシュエレクトロニクスが脳に埋め込まれると神経膠症の慢性免疫応答を引き起こさず、周囲の神経組織とのシームレスな統合を可能にすることです。この手順を実演するのは、Lieber Groupの大学院生であるTao Zhou氏と、Lieber GroupのポスドクであるJung Min Lee氏です。

手順を開始するには、クリーンなシリコンウェーハを熱蒸発器にロードし、100ナノメートルのニッケルを蒸発させます。次に、SU-8 2000.5ネガ型フォトレジストをウェーハ上に毎分400回転でスピンコートし、SU-8の厚さを約400〜500ナノメートルにします。ウェーハをマスクアライナーにセットし、SU-8をボトムメッシュSU-8層に対応するフォトリソグラフィーマスクで露光します。

1平方センチメートルあたり100ミリジュールのIライン線量で露光します。それら、SU-8現像液のウェーハinaトレイを浸します。SU-8のメッシュパターンが完全に発達するまで、溶液を2分間静かに攪拌します。

次に、イソプロピルアルコールのトレイでウェーハを1分間すすぎ、ブロードライします。ウエハースをホットプレートで摂氏180度で1時間ハードベークします。その後、LOR 3Aをウェーハに4, 000回転/分でスピンコートし、約300ナノメートルの厚さにします。

スピンコートS1805ポジティブフォトレジストを毎分4、000回転で約500ナノメートルの厚さでコーティングします。続いて、ウェーハをマスクアライナーにロードして、金属相互接続に対応するフォトリソグラフィーマスク2と入力、出力パッドでS1805を露光します。40ミリジュール/平方センチメートルのHライン線量で露光し、ウェーハをCD-26フォトレジスト現像液のトレイに浸します。

金属相互接続パターンが完全に発達するまで、溶液を1分間静かに攪拌します。脱イオン水のトレイでウェーハを1分間すすぎ、吹き飛ばして乾かします。次に、3ナノメートルのクロムを熱蒸発させ、続いて80ナノメートルの金を蒸発させます。

ウェーハをリムーバーPGの平らなビーカーに約3時間浸し、金属が完全にアンダーカットされるまで、金属をメッシュエレクトロニクスの望みの相互接続と入力、出力パッド領域にのみ残します。スピンコーティング、リソグラフィー、蒸着、リフトオフを繰り返して、電極領域に3ナノメートルのクロムと50ナノメートルの白金を残します。その後、SU-8のスピンコーティングとフォトリソグラフィーを繰り返して、SU-8メッシュの最上層を定義します。

ウェーハを50ワットの酸素プラズマで1分間処理します。その後、メッシュエレクトロニクスがシリコンウェーハから完全に解放されるまで、ウェーハを溶液中のニッケルエッチングに約3時間浸します。パスツールピペットを使用して、放出されたメッシュ電子プローブをニッケルエッチングから100ミリリットルの脱イオン水ビーカーに移します。

次に、メッシュ電子機器を脱イオン水の新鮮なビーカーに少なくとも3回移して、すすぎを確保します。メッシュエレクトロニクスを針にロードするには、メッシュエレクトロニクスを含むPBSの100ミリリットルビーカーにガラスキャピラリーニードルを挿入します。針の端をメッシュ電子プローブの入力パッド、出力パッドの近くに置き、シリンジを手動で引っ込めてメッシュ電子プローブを針に引き込みます。

シリンジプランジャーを生理食塩水に浸したまま押したり引いたりして、針内のメッシュ電子機器の位置を調整します。メッシュエレクトロニクスをマウスの脳に注入するには、歯科用ドリルと脳定位固定装置フレームを使用して、頭蓋骨の目的の座標で開頭術を開きます。注射部位から離れた場所で2回目の開頭術を開き、ステンレス製のグラフネジまたはワイヤーを挿入します。

次に、クランプ基材をデンタルセメントで頭蓋骨に固定します。基材に約1mm幅の切り込みを入れると、手順の後半の折り畳みステップの信頼性が向上します。その後、メッシュ電子機器が入った針付きのピペットホルダーを、直角エンドクランプを使用して脳定位固定装置フレームに取り付けます。

ピペットホルダーのサイドアウトレットを、長さ0.5〜1メートルのキャピラリーチューブを備えたシリンジポンプに固定された5ミリリットルのシリンジに取り付けます。次に、脳定位固定装置フレームを使用して、針の先端を脳内の目的の開始位置に配置します。ガラス針内のメッシュエレクトロニクスプローブの上部が表示されるようにカメラを配置します。

シリンジポンプを低速に設定し、スタートを押してフローを開始します。メッシュエレクトロニクスプローブが針内で動かない場合は、流量をゆっくりと増やします。メッシュエレクトロニクスプローブが針内を動き始めたら、脳定位固定装置フレームを使用して、メッシュエレクトロニクスプローブが注入されるのと同じ速度で針を引っ込めます。

生理食塩水を流し続け、針が頭蓋骨から出るまで針を引っ込めます。次に、シリンジポンプからの流れを止めます。この手順では、定位固定装置フレームを使用して、隙間を横切る平らで柔軟なケーブルクランプ基板に針を慎重にガイドし、シリンジポンプで溶液を流してメッシュ電子機器の相互接続にたるみを発生させます。

針がクランプ基板の上に来てギャップを横切ったら、流れを速い速度で再開して、メッシュ電子機器の入力、出力パッドをクランプ基板に注入します。ピンセットと脱イオン水のピペットを使用して、入力パッド、出力パッドを最初の入力パッドにできるだけ近い90度の角度に曲げます。入力後、出力パッドは整列して折り畳まれ、メッシュステムに対して90度の角度で、穏やかに流れる圧縮空気で所定の位置に乾燥します。

入力、出力パッドの端から約0.5〜1ミリメートルの狭い端でクランプ基板を切断します。また、PCBに取り付けられた32チャネルzifコネクタへの挿入を妨げるクランプ基板の無関係な部分を切り取ります。次に、入力、出力パッドをPCBのzifコネクタに挿入し、ラッチを閉じます。

測定用電子機器を使用して、チャンネルとアースネジ間のインピーダンスを測定し、インターフェースが成功したことを確認します。インピーダンス値が高すぎる場合は、zif コネクタのラッチを外し、挿入を調整し、接続が成功したことを確認するまで再テストします。次に、zifコネクタと露出したメッシュ電子機器の相互接続を歯科用セメントで覆って保護します。

基板の隙間でPCBを裏返し、PCBをセメントでマウスの頭蓋骨に固定します。自由に動き回る録音の場合は、プリを挿入した後、マウスを拘束装置から離します amplifier PCBと基準ネジを接地します。データ収集システムを使用して、マウスが自由に動作している間、必要な時間だけ記録します。

ここに示されているのは、マウスの海馬と体性感覚皮質に注入された32チャネルメッシュエレクトロニクスプローブからの代表的な局所フィールドヒートマップです。データは、マウスが注入後2か月と4か月でケージを自由に探索している間に記録されました。局所電界電位振幅は、右側のカラーバーに従って色分けされています。

スパイク活性を示すハイパスフィルタートレース(黒)が、32チャンネルのそれぞれのスペクトログラムにオーバーレイされています。プロットされたデータを並べ替えた後に分離されたスパイクを次に示します。シングルユニットのスパイク活性は、32チャンネルのうち26チャンネルで、注射後2か月と注射後4か月の両方で検出されました。

この手順を試行する際は、I/Oインターフェースをテストして、メッシュエレクトロニクスプローブへの電気的接続が成功したことを確認することを忘れないでください。インピーダンスの測定は、問題の原因をトラブルシューティングするのに役立ち、インターフェースや製造の問題を特定するために重要です。この手順に続いて、記録された各電極の周囲の細胞環境を研究するために組織学を行うことができます。

従来の硬性脳プローブとは異なり、メッシュエレクトロニクスは組織学中に組織内に残すことができるため、電気生理学データと免疫組織化学分析とを正確に相関させることができます。