우리는 초기 변성 단계에서 Manduca sexta에 전극을 이식하는 새로운 수술 절차를 제시합니다. 이 기술을 사용하면 신경근 조직과 기계적으로 안정적이고 전기적으로 신뢰할 수 있는 결합을 통해 비행 신경생리학 역학을 연구할 수 있습니다. 우리는 또한 곤충 요에 대한 밧줄 연구를 위한 새로운 자기 부상 플랫폼을 제시합니다.
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방법 논문
곤충 비행 동작 모니터링에 대한 초기 변성 삽입 기술
* These authors contributed equally
이 논문에서
요약
초록
Early Metamorphosis Insertion Technology(EMIT)는 곤충의 변태 발달 과정에서 미세가공 신경근 기록 및 작동 플랫폼을 통합하기 위한 새로운 방법론입니다. 여기서 임플란트는 변성 조직 재형성의 결과로 신경근 시스템의 구조와 기능 내에서 융합됩니다. 임플란트는 곤충과 함께 나타나며, 번데기 발달 중 전자 장치 주변의 조직 발달로 인해 생체 전기적, 생체 역학적으로 강화된 조직 계면이 생성됩니다. 이 상대적으로 더 신뢰할 수 있고 안정적인 인터페이스는 성체 삽입 중에 발생하는 외상 효과를 완화하여 곤충 운동의 신경 기초를 탐구하는 많은 연구자들에게 도움이 될 것입니다. 이 기사에서는 Manduca sexta의 간접 비행 근육에 전극을 이식합니다. 등쪽 흉부에 위치한이 주요 비행 동력 배복부 및 배측 근육은 날개를 움직이고 상하 스트로크를 위해 기계적 동력을 공급합니다. 이 두 근육 그룹의 상대적 수축은 요 동작이 신경 생리학적으로 어떻게 조정되는지 탐구하기 위해 조사되었습니다. 비행 역학을 특성화하기 위해 곤충은 종종 전선으로 묶여 있으며 그들의 비행은 디지털 카메라로 녹화됩니다. 우리는 또한 곤충이 상업적으로 이용 가능한 무선 신경 증폭기에 연결된 자기 부상 프레임에 Manduca sexta를 묶는 새로운 방법을 개발했습니다. 이 설정은 배복부 및 배측 근육 그룹에서 관련 근전도 신호를 전송하는 동안 자유도를 "만" 요잉으로 제한하는 데 사용할 수 있습니다.
서론
전극을 삽입, 심지어 원격 측정 기록 애플리케이션을위한 곤충에 부착 된 전자 시스템으로, 자연 항공 1 동안 얼마나 신경 시스템의 기능을 이해하는 중요한 방법이다. 곤충에 인공 시스템을 연결하거나 이식하는 것은 곤충의 자연 비행을 방해 할 가능성을 포함하는 많은 도전을 제기하고있다. 표면 부착 또는 성인 곤충에 인공 플랫폼의 수술 삽입으로 인해 몸에 의한 관성과 스트레스의 힘에 의해 발생하는 삽입 장치의 가능한 이동에 신뢰할 수없는 것입니다. 표면적으로 부착 또는 외과 적 삽입 전극은 이물질과 곤충에 의해 거부하는 경향이 있습니다. 또한, 주입 작업이 외골격 주위 비늘 및 더미의 제거를 필요로한다. 두꺼운 표피 층은 또한하여 곤충의 자연 비행을 방해하는, 부수적 인 조직 손상을 일으킬 수 외과 신경 분포에 침투해야합니다. 모든 THESE 요인은 수술 또는 피상적 인 주입 작업 도전하고 섬세한 작업을 할 수 있습니다. 외부에서 곤충을 제어 및 감지 시스템을 부착에 관련된 이러한 문제를 완화하기 위해, 변성 성장을 포함하는 새로운 방법이 문서에서 설명한다.
holometabolic 곤충의 변성 개발 중간 번데기 (그림 1)를 가진 성인으로 유충 (또는 님프)의 변화에서 시작한다. 변태 과정은 ....
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프로토콜
참고 : 프로토콜을 수행하는 데 필요한 재료 및 시약의 출처는 아래의 "시약"표에 나와 있습니다.
1. 기록 전극의 연결을 위해 인쇄 회로 기판 (PCB)을 준비
주 : 실제 실험 절차를 제공하기 위해, 와이어 전극은 FFC (유연한 플랫 케이블) 커넥터에이 전극을 삽입하는 PCB에 납땜되어 있습니다.
- 동박 적층 필름의 0.5x5의 cm 2 조각을 잘라.
- 좋은 팁 마커를 사용하여 마스크 패턴을 에칭으로 세 0.1x5cm 2 사각형 패드를 그립니다.
- 통풍 또는 흄 후드 내부의 PCB 에칭 제를 사용하여 노출 된 라미네이트 에칭. 비 반응성 테이프로 라미네이트 컷 아웃의 길이 약 1 ㎝를 커버. PCB 에칭 및 테이프 스카치 테이프로 졸업 비커 내부에 구리 라미네이트 컷 아웃의 최소 100 ㎖로 졸업 비커를 입력합니다. 구리 라미네이트 cutou의 절반t는 PCB 에칭에 빠져들해야합니다.
- 20 분 동안 회전 플랫폼에서 비커를 놓습니다.
- 에칭에서 컷 아웃을 제거하고 10 분 동안 물이 가득 비커에 넣습니다.
- 티슈 페이퍼를 사용하여, 이소 프로필 알....
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결과
전체적인 EMIT 절차의 개략은 hawkmoth의 변성 사이클 및 대응 전극 삽입 단계에서 주요 단계를 보여주는,도 1에 제시된다. 전극 삽입 4~7일 우화하기 전에 후반 번데기 단계에서 수행해야합니다. 이 근육 섬유 전극 주위에 개발하고 곤충에 임플란트를 고정 할 수 있습니다.
이 활성 전극과 접지 전극이 삽입 된 완성 늦은 번데기 삽입의 전형적인 결과는도 2에 도시된다.
이 활성 전극과 접지 전극이 삽입 된 완료된 성인 스테이지 삽입 전형적인 결과는도 3에 도시된다.
LED 분야는 그림 4에 표시된 만두 카의 sexta에 대한 비행 중 선회 유도하는 데 사용됩니다. 마이크로 컨트롤러 wLED 어레이 수직 패턴의 회전 속도를 제어하도록 .......
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토론
프로토콜의 나중 단계에서 데이터를 기록 할 수있는 능력에 영향을주는 기록 전극 외과 삽입하는 동안 몇개의 중요한 단계가있다. 기록 전극은 등쪽에 날개 반점을 나타내는 후 번데기 일일에 삽입해야합니다. 삽입이 두 개 이상의 일이 시간 이후에 수행하면, 곤충의 조직에 삽입 된 전극의 주위에 개발하고 안정화 할 수있는 충분한 시간이 없습니다. 이는 성인 무대에 전극을 이식하고 신뢰할 수없는 기록의 움직임으로 이어질 수 있습니다.
그것은보다 5 mm의 깊이에서 번데기 비행 근육에 기록 전극을 삽입하지 않는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 체액는 삽입 지점을 종료하고 약한 비행 근육의 발달에 발생합니다. 체액이 등장 않으면 절차를 중지하고 번데기 24 시간 다시 전극을 삽입하기 전에 복구 할 수있다. 삽입 부위는 일을 청소해야oroughly 모든 날개 머리의 전극은 번데기에 삽입되기 전에. 이는 삽입 구멍들이 상기 전극 티슈 인터페이스 간섭 머리카락을 방지한다.
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공개 사항
저자는 이 연구에 이해 상충이 없습니다.
감사의 글
AB는 기꺼이 (1245680) 사이버 물리 시스템 프로그램 (1239243)에서와 부문 학부 교육의 자금 조달을 위해 국립 과학 재단 (National Science Foundation)을 인정합니다; 이 작업의 초기 단계 지원을위한 방위 고등 연구 프로젝트 기관 (DARPA). 이 작품의 초기 단계는 코넬 대학에서 교수 미트 랄의 실험실에서 AB에 의해 수행되었다. AB 덕분에 그 단계에서 실험 지침과 아이디어 생성을위한 Ayesa 신하 교수 랄. 만두 카 sexta (린네 1763)는 미국 듀크 대학에서 생물학과, 더럼, 노스 캐롤라이나에 의해 유지되는 식민지에서 얻을 수 있었다. 나방은 우화 후 5 일 이내에 사용되었다. 우리는 그들의 Neuroware 시스템의 그들의 우수한 기술 지원 및 사용을위한 삼각형 생물계 국제, 특히 데이비드 Juranas와 케이티 Millay에게 감사의 말씀을 전합니다. 우리는 또한 실험을하는 동안 그의 도움에 의지 Caffey에게 감사의 말씀을 전합니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 코팅된 스테인리스강 와이어 | A-M 시스템 | 791900 | 0.008' ’ 베어, 0.011' ’ 코팅된, 단련된 |
| 유연한 전극 와이어 | Litz 또는 인덕터 와이어를 사용할 수 있습니다. | ||
| 표면 실장 FFC 커넥터 | Hirose 커넥터 | FH28E-20S-0.5SH(05) | |
| 핀셋 | Grobet USA | 에 사용하기 전에 70% 알코올로 청소하십시오. | |
| Kim-Wipes | Kimberly-Clark Worldwide | 34155 | 모든 크기의 섬세한 물티슈를 사용할 수 있습니다. |
| 테프론 테이프 | 5mm 폭 테프론 테이프. | ||
| 피하 주사 바늘 | Becton Dickinson & Co. | 30511 | 20-30G 피하 주사 바늘을 사용할 수 있습니다. 비디오는 30G을 보여주었습니다. |
| 단단한 고정 스틱 | 다양한 재료를 사용할 수 있습니다 (예 : : < / em>, 커피 교반기) | ||
| 곤충 출현 케이지 | 포장지 또는 이와 유사한 패딩이 늘어선 플라스틱 애완 동물 케이지. 환기구가 필요합니다. | ||
| 열 소작기 | Advanced Meditech International | CH-HI CT2103 (팁) | 치과 왁스 도포에 사용되는 옵션 장비. |
| Dental wax | Orthomechanics LC., Broken Arrow, Oklahoma | 곤충의 전극을 안정화하는 데 사용되는 선택적 재료. | |
| 자기 부상 플랫폼 | 3D 프로토 타이핑으로 사내에서 제작 된 맞춤형 디자인된 프레임. |
참고문헌
- Taubes, G. Biologists and engineers create a new generation of robotics that imitate life. Science. 288 (7), 80-83 (2000).
- Duch, C., Bayline, R. J., Levine, R. B. Postembryonic development of the dorsal longitudinal fligh....
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재인쇄 및 허가
