Name: 만성에 대한 마이크로 드라이브 배열 생체내에 녹화 : 드라이브 제작 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2009-04-20T00:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 3 s
Description: 배우세요 쥐의 만성 전기생리학 기록을 위한 경량 마이크로 드라이브 어레이 제작 방법을. 21개의 독립 조절 가능한 스크류 드라이브를 사용하여 전극 위치를 정밀하게 제어하고 장기간 안정적인 신경 기록을 가능하게 합니다.

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우리는 생쥐에서 녹화를 위해 우리가 실험실에서 컴퓨터로 설계한 3 차원 인쇄 드라이브의 사용을 기원 리누스 D. Sun과 Jeenah 정을 인정하고 싶습니다. 또한, 마이크로 드라이브와 연구실에 tetrode 기술 개발에 자신의 공헌에 대한 모든 과거와 현재 윌슨 연구소 회원을 인정하고 싶습니다.

<ol><li> 마이크로 드라이브 배열 개요 전체 마이크로 드라이브 배열은 여러 가지 주요 구성 요소 (그림 1)으로 구성되어 있습니다 : <ol><li> 21 독립적으로 움직일 수있는 마이크로 드라이브를 보유하고 플라스틱베이스를 설계 컴퓨터. </li><li> 고정 tetrode 가이드 튜브의 집합이 수집하는 자료의 맨 아래에있는 정맥. </li><li> 각 한 tetrode 들고 그 21 마이크로 드라이브는 개별적으로 나사를 사용하여 구동하실 수 있습니다. </li><li> tetrodes 및 사전 증폭기 사이의 상호에 대한 전극 인터페이스 보드. </li><li> 보호 콘 (그림에 표시되지 않습니다. 1) </li><li> 완전 조립 마이크로 드라이브 배열에서 플라스틱베이스는 마이크로 드라이브를 보유하고 있습니다. 각 마이크로 드라이브는 단일 tetrode을 수행합니다. tetrode는 전기 마이크로 드라이브 배열의 상단에있는 전극 인터페이스 보드에 연결하고, 마이크로 드라이브 배열의 맨 아래에있는 뇌쪽으로 출구 정지 가이드 튜브를 통하여 전달됩니다. 각 마이크로 드라이브 진보 또는 retracts tetrode에있는 나사를 돌려. </li></ol></li> <li> 플라스틱베이스의 설계 우리는 3 차원 CAD 소프트웨어 패키지 (SolidWorks)에 마이크로 드라이브 어셈블리의 기본을 디자인합니다. 이 자체 설계 프로세스의 장점은 빠른 회전율과 디자인의 유연성이다. 윌슨 연구실에서는 각 실험의 구체적인 요구에 방향을 맞추고있다이 부분은 많은 변종을 설계했습니다. 그것이 stereolit​​hography를 사용하여 레이저 치료할 수있는 액체 수지의 인쇄 위치를 3 - D 모델 파일은 서비스 관리국에 전송됩니다. 처리 시간은 거의 2로 일입니다. 그 결과 부분은 가볍고, 재사용하고, 스레드를 개최 가공 수 있습니다. 이 프로토콜에서는 21 마이크로 드라이브를 가지고 하나의 기록 사이트와 함께 설계된 드라이브 기반을 사용합니다. SolidWorks 디자인 파일은 요청에 따라 사용할 수 있습니다. </li> <li> 플라스틱베이스의 준비 플라스틱베이스는 전극 인터페이스 보드 및 보호 원추형을 첨부하기 위해 마이크로 드라이브와 나사를 수용할 수 있도록 처리됩니다. 그것은 안정 플라스틱베이스에 구멍을 원활하게 인쇄하는 것은 불가능합니다, 그래서 우리가 드릴로 그들을 확장한 다음, 소형 구멍을 디자인합니다. 신중하게 매우 낮은 속도로 천공하기 전에 기존 구멍의 축선과 드릴 비트를 맞춥니다. 변속 / 토크 핸드 드릴이 작업을 위해 잘 작동합니다. <ol><li> # 61 비트를 사용하여 마이크로 드라이브 나사 (외륜)에 대한 21 파일럿 구멍을 드릴. </li><li> # 65 비트를 사용하여 마이크로 드라이브 지원 튜브 (내부 링)에 대한 21 개의 구멍을 뚫어라. </li><li> 1.55 mm 비트를 사용하여 전극 인터페이스 보드 및 보호 콘을 첨부하는 데 사용됩니다 구멍을 드릴. </li><li> 그것은 플라스틱베이스로 플러시되도록 족집게 한 켤레 또는 펜치를 사용하여 구멍의 내부 고리의 각으로 슬리브 (5mm 길이 20가 얇은 벽 스테인리스 튜브)를 맞게 누르십시오. 소매는 마이크로 드라이브 지원 튜브의 부드러운 움직임을 보장합니다. 다음, 나사를 개최합니다 모든 구멍이 도청됩니다. 인쇄 플라스틱에서 전형적인 스레드 절삭 도청보다 내구성이 스레드의 스레드 - 성형 도청 결과. 수돗물이 스타일은 큰 파일럿 구멍이 필요합니다. 도청 장치를 저장할 휴대용 핀 바이스를 사용하여 : </li> <li> 사용중인 나사 크기 (M1.2x0.25)과 건조 윤활제 일치하는 수돗물을 사용하여 마이크로 드라이브 나사를위한 구멍을 누릅니다. 조종사 구멍과 탭을 정렬하기 위해, 그 옆에있는 슬리브로 23 가역 튜브의 길이를 삽입합니다. </li><li> 우리의 플라스틱베이스 디자인은 초기 스레드가 스레드 프로세스 중에 손상되지 않도록하기 위해 각 마이크로 드라이브 나사 구멍에 탭 시작을 갖추고 있습니다. 모든 구멍이 스레드 후, 이러한 탭 선발 쉽게 면도날을 사용하여에서 찍은 수 있습니다. </li><li> 전극 인터페이스 보드와 1-72 탭을 사용하여 보호 원추 위해 나사를 개최합니다 구멍을 누릅니다. </li></ol></li> <li> 전극 가이드 튜브의 삽입 <ol> <li> 모든 정지 전극 가이드 튜브를 보유하고있는 정맥을 만들려면, 13 GA 스테인레스 스틸 튜브의 1.5cm 길이의 조각을 잘라 치과 아크릴로 접착력을 향상시키기 위해 dremel 숫돌로 표면을 거칠게. </li><li> 플라스틱베이스의 하단에있는 구멍에이 정맥을 삽입, 그건 드라이브의 수직 축을로 공동 선형임을 확인하고 치과 아크릴이나 에폭시로 고정하십시오. 외과 이식을 촉진하기 위해 노출 정맥의 5~7밀리미터 둡니다. </li><li> 6cm의 길이로 면도날 21 고정 전극 가이드 튜브를 (: 0.0071 &quot;0.0116, 외경&quot;유연한는 튜브, 내부 직경 polyimide) 잘라요. </li><li> 드라이브 기반과 하단에있는 컬렉터 정맥을 통해 모든 방식의 상단에있는 소매로 한 번에 가이드 튜브를 공급. 필요한 경우 시각 단점을 보완하거나, 지나친 굽힘 및 교체 튜브를 확인한다. 삽입 및 tetrode 가이드 튜브의 평행 정렬을 촉진하기 위하여, 하나는 처음에 21 가이드 튜브의 전체 묶음을 먹이로 시작할 수 있습니다아래에서 컬렉터의 정맥. 그런 다음 한 번에 하나는 번들에서 가이드 튜브를 제거하고 그것이 번들에 남아있는 구멍을 통해 플라스틱베이스의 상단에서 공급. </li><li> 그들은 플라스틱베이스의 상단에서 불과 1~2mm을 확장할 때까지 가이드 튜브를 밀어. 그들이 가이드 튜브의 끝 부분에까지 모든 접착제 흐름을하도록하지 않도록주의하고, 컬렉터 정맥을 종료로 튜브에 얇은 cyanoacrylate 접착제의 작은 금액을 적용합니다. </li><li> 컬렉터 정맥의 하단에 가이드 튜브의 묶음에서 초과 잘라하기 위해 새로운 면도날을 사용합니다. </li> </ol></li><li> 마이크로 드라이브의 제조 각 마이크로 드라이브는 맞춤 가공 나사와 중공 지원 튜브 (그림 2)로 구성되어 있습니다. 나사 및 지원 관은 나사가 (그림 2B) 자유롭게 회전 떠나 함께 같은 나사에 입술이 아크릴에 포함된 것을 첨부합니다. 나사는 플라스틱베이스에 나사이며, 지원 튜브는 다음이 수행하는 tetrode를 추진하거나 retracting, 나사가 설정된 경우 아래 주도 또는 있습니다. 행동 동물에 대한 조정의 용이성을 위해, 나사의 머리가 반 실린더 모양이다. 이 나사에 대한 사용자 지정 드라이버를 확인하십시오 : <ol><li> 15 GA 스테인레스 스틸 튜브의 5cm 컷. </li><li> 사용자 정의 나사 중 하나를 가지고 튀어나온 입술을 분쇄. </li><li> 나사의 맨 위에는 튜브의 끝 부분과 물을 때까지 튜브에 나사를 삽입합니다. </li><li> 나사는 정맥에 상대적으로 회전할 수 없도록 잠금 펜치로 반복 나사 스레드 주변의 튜빙을 크러시. </li><li> 사용자 정의 스크류 드라이버를 잡아 핀 바이스를 사용하십시오. 조작하려면 우리는 작은 우물 (3mm X 5mm, 2mm 깊이)와 3 - D 인쇄된 플라스틱 금형을 사용하여 마이크로 드라이브. 각 잘 지원 튜브 및 나사 위해 2mm 간격 간격 하단의 표면에있는 두 구멍을 가지고 있습니다. 또한, 금형은 잘하고 구멍을 만들어 드릴 프레스를 사용하여, Delrin 같은 엔지니어링 플라스틱으로 조작하실 수 있습니다. </li> <li> 23 GA 바늘을 사용하고 위의, 플라스틱베이스에 대한 설명 나사를위한 구멍을 감청 지원 정맥을위한 구멍을 삭제하여 금형을 준비합니다. </li><li> 독보적인 윤활제 또는 금형에서 치료 치과 아크릴의 릴리스 수 있도록 석유 젤리의 박막으로 잘의 내부 선 ... </li><li> 나사에 독보적인 윤활제를 적용하고 스레드가 방금 잘 하단의 아래까지 사용자 정의 만든 드라이버를 사용하여 금형에 삽입. </li><li> 치과 아크릴의 접착을 향상시키기 위해 숫돌과 14mm 길이의 지원 튜브의 상단 2-3mm (23 GA 스테인레스 스틸 튜브)를 거칠게. 정맥의 맨 위에는 중간 잘 상단과 나사의 상단 사이까지 금형에 삽입합니다. </li><li> 물론 치과에 아크릴 하거라. Agitating 운동은 치과 아크릴은 나사 및 지원 튜브 주위의 모든 공간에 흐르는 것을 보장하기 위해 사용됩니다. 작은 바늘로하는 기포를 제거합니다. </li><li> 치과 아크릴 완전히 완치 때까지 기다려 (15-30분) 그리고 카운터 클럭 와이즈 나사를 회전하여 금형에서 마이크로 드라이브를 제거하십시오. </li><li> 마이크로 드라이브의 품질 검사를하는 것이 중요합니다. 일반적으로 너무 두꺼운하​​거나 너무 얇은되었습니다 치과 아크릴로 인해 발생하는 균열 및 / 또는 공기 방울에 대한 치료 치과 아크릴을 검사합니다. 또한, 나사 및 지원 튜브가 서로 평행하며 나사가 원활하게 전환되었는지 확인합니다. 나사 이러한 기준을 충족시키지 못하는 마이크로 드라이브 지원 튜브는 치과 아크릴과 재생에서 무료로 금이 수 있습니다. </li><li> 당신이 21 마이크로 드라이브를 때까지 반복 5.11 통해 5.6 단계를 반복합니다. </li></ol></li> <li> 마이크로 드라이브 배열의 최종 조립 <ol> <li> 플라스틱 드라이브 기반으로 각각의 마이크로 드라이브를 낮춥니다. 각 마이크로 드라이브 지원 튜브는 슬리브 내부와 고정 가이드 튜브를 통해 모두 원활하게 이동해야합니다. 마이크로 드라이브가 저하되고 있기 때문입니다 가이드 튜브가 버클하지 않도록 확인하십시오. </li><li> 마이크로 드라이브 완전히 인하로, 장소에 전극 가이드 튜브를 해결하기 위해 드라이브 기반의 내부에 치과 아크릴의 얇은 레이어를 추가합니다. </li><li> 끝까지 치과 아크릴을 추가하기 전에 마이크로 드라이브를 낮은 오류가 마이크로 드라이브 운동의 소매와 방해 최대 아크릴의 모든 방법을 위킹 발생됩니다. </li><li> 마이크로 드라이브 1-21 레이블을. </li><li> 거꾸로 드라이브 배열을 돌려 가이드 튜브의 번들의 사진을 찍을. 이 사진은 각각의 마이크로 드라이브에 대응하는 가이드 튜브의 위치를​​지도하는 데 사용됩니다. </li><li> 몇 mm의 모든 마이크로 드라이브를 올립니다. </li><li> 이 드라이브 기반의 하단에서 각 가이드 튜브로 캐리어 튜브 (0.005 &quot;) polyimide 넣습니다. 캐리어 튜브는 사진에 완전히 낮춘 마이크로 드라이브와와 기록의 맨 1~2mm를 확장하자의 신원 대응 마이크로 드라이브. </li><li> 접착제5 분 에폭시 또는 cyanoacrylate 접착제를 사용하여 마이크로 드라이브 지원 튜브에 캐리어 튜브. 접착제 또는 얇았지만 에폭시가 지원 정맥을 흐름과 무료 마이크로 드라이브의 움직임이나, 더 방해가됩니다, 가이드 정맥에 수정. 이런 경우, 특정 마이크로 드라이브 유닛은 사용할 수 없습니다. </li><li> 완전 모두 마이크로 드라이브를 낮추십시오. 신선한 면도날을 사용하여 컬렉터 정맥의 하단에 플러시에서 모든 캐리어 튜브 컷. </li><li> 마지막으로, 두 개의 나사 (1-72, 길이 : 3 / 16 &quot;크기)를 사용하여 드라이브베이스에 Neuralynx 전극 인터페이스 보드를 탑재합니다. </li></ol></li></ol> 이 시점에서 드라이브 배열 tetrodes 함께 읽어 준비가되어 있습니다. 마이크로 드라이브로 그들을로드하는 방법을 tetrodes의 제조, 및 외과 이식의 드라이브 배열을 준비하는가 후속 동영상 기사의 주제입니다. <img src="/files/ftp_upload/1094/Figure1.png" alt="그림 1" /> 그림 1. 끝난 마이크로 드라이브 배열의 모델입니다. 마이크로 드라이브 어레이는 여러 주요 부품으로 구성되어 있습니다 :; tetrodes은 두뇌를 입력하는 컬렉터 정맥, 플라스틱 드라이브 기지 21 마이크로 드라이브 각 드라이브 하나 tetrode, 프리 앰프에 연결하는 전극 인터페이스 보드. <img src="/files/ftp_upload/1094/Figure2.png" alt="그림 2" /> 그림 2. 사용자 정의 마이크로 드라이브 나사. 사용자 정의 나사 설계 A. 기술 도면. 스크류 나사 부분 (M1.2x0.25, 1.2 mm 직경, 0.25 mm / 설정)이 있습니다. 우리의 사용자 정의 만들어진 스크류 드라이버와 입술과 부드러운 부분을 (세부 사항 참조) 일치하는 반 실린더 헤드를 B. 모델 전체 마이크로 드라이브. 지원 튜브 및 사용자 정의 스크류는 치과 시멘트로 연결됩니다. 나사의 입술은 치과 시멘트에 포함된 및 지원 튜브를 운전 또는 아래로 동안 무료로 회전을 허용합니다. 추가 파일 우리는 인쇄 드라이브 기지 보호 원추와 SolidWorks 2008 3D CAD 소프트웨어의 마이크로 드라이브의 건설을위한 금형을 설계 : <ul style="list-style-type:none;"><li> : 파일 다운로드 <a href="/files/ftp_upload/1094/DriveBase.SLDPRT">DriveBase.sldprt</a> 드라이브 기반과 보호 콘과 모자의 모델을 포함하고 있습니다. </li><li> 파일을 다운로드 : <a href="/files/ftp_upload/1094/MicroDriveMold.SLDPRT">MicroDriveMold.sldprt</a> 마이크로 드라이브 곰팡이의 모델을 포함 </li></ul> 3D 인쇄 서비스 지국 직접 네이티브 Solidworks 파일을 처리할 수 있지만, 오히려 stereolit​​hography CAD 형식 (STL)의 디자인 파일이 필요 없습니다. Solidworks 소프트웨어에 액세스할 수 없지만, 여전히 동영상 문서에서 사용되는 인쇄 부분을 사용하고자하는 사람들에게 우리는뿐만 아니라 STL 형식으로 디자인을 포함 : <ul style="list-style-type:none;"><li> : 파일 다운로드 <a href="/files/ftp_upload/1094/DriveBase.STL">DriveBase.stl</a> 드라이브 기반의 모델을 포함 </li><li> : 파일 다운로드 <a href="/files/ftp_upload/1094/MicroDriveMold.STL">MicroDriveMold.stl</a> 마이크로 드라이브 곰팡이의 모델을 포함 </li><li> : 파일 다운로드 <a href="/files/ftp_upload/1094/ProtectionCap.STL">ProtectionCap.stl</a> 보호 콘에 대한 캡 모델을 포함 </li><li> : 파일 다운로드 <a href="/files/ftp_upload/1094/ProtectionCone.STL">ProtectionCone.stl</a> 보호 원추형의 모델을 포함 </li></ul>

<ol><li>Yamamoto, J., Wilson, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+chronically+implantable+precision+motorized+microdrive+array+for+freely+behaving+animals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Large-scale chronically implantable precision motorized microdrive array for freely behaving animals.</a> J. Neurophysiol. 100 (4), 2430-2440 (2008).</li>
</ol>

이 프로토콜은 마이크로 드라이브 건물 과정의 일반적인 기능에 대해 설명합니다. 그것은 성공적으로 여러 기록 타겟이나 마우스에서 레코딩을위한 작은 배열 드라이브 배열을 생산하도록 수정되었습니다. 해마에서 녹음 이외에도, 많은 연구자들은 대뇌 피질과 대뇌 피질의 하위 구조를 대상으로 이러한 드라이브를 사용합니다. 긴 나사의 사용은 깊은 뇌 구조에서 기록하기 위해 필요할 수 있습니다. 드라이브베이스에 광범위한 수정과 함께, 전동 더 정확한 원격 tetrode 조정 (야마모토 윌슨, 2008) 수 있도록, 우리가 수동으로 설정되어 것들 대신에 사용할 수시킵니다. 사용자 정의 고정 가이드 정맥 준비는 피질과 해마에서 tetrodes의 배포를 통해 공간적 제어를 달성하기 위해 원형 주요 정맥 대신에 사용되었습니다.

<table><tbody><tr><td>3D 프린팅 플라스틱 부품</td><td>재료</td><td>American Precision Prototyping (www.approto.com)</td><td>&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>스테인리스강 튜빙</td><td>재료</td><td>Small Parts (www.smallparts.com)</td><td>&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>치과용 시멘트 분말</td><td>재료</td><td>A-M Systems (www.a-msystems.com)</td><td>525000</td></tr><tr><td>치과용 시멘트 용제</td><td>재료</td><td>A-M Systems</td><td>526000</td></tr><tr><td>전극 인터페이스 보드</td><td>재료</td><td>Neuralynx (www.neuralynx.com)</td><td>EIB-81</td></tr><tr><td>마이크로 드라이브 나사</td><td>재료</td><td>Advanced Machining and Tooling (www.amtmfg.com)</td><td>&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>&amp;rsquo;Tap-Ease&amp;rsquo; 탭핑 윤활제 </td><td>도구</td><td>AGS Company</td><td>TA-2</td></tr><tr><td>폴리이미드 튜빙 </td><td>재료</td><td>IWG High Performance Conductors (www.iwghpc.com)</td><td>&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>무선 드릴/드라이버 </td><td>도구</td><td>DeWalt (www.dewalt.com)</td><td>DC750KA </td></tr><tr><td>플렉스 샤프트 포함 가변 속도 로터리 툴 키트 </td><td>도구</td><td>Dremel (www.dremel.com)</td><td>3956-02</td></tr><tr><td>면도날 </td><td>도구</td><td>VWR (www.vwr.com)</td><td>55411-050</td></tr><tr><td>시계 유리 </td><td>도구</td><td>VWR</td><td>66112-107</td></tr><tr><td>맞춤형 나사용 탭</td><td>도구</td><td>Balax</td><td>01302</td></tr><tr><td>탭</td><td>도구</td><td>Small Parts</td><td>HSBT-0172, HSBT-0080 </td></tr><tr><td>핀 바이스</td><td>도구</td><td>Vargus</td><td>3SHC1--I </td></tr><tr><td>드릴 비트</td><td>도구</td><td>Small Parts</td><td>&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>벤치탑 바이스</td><td>도구</td><td>Panavise</td><td>301</td></tr><tr><td>No.2 Dumont 핀셋</td><td>도구</td><td>Stoelting (www.stoeltingco.com)</td><td>52100-27</td></tr><tr><td>5분 경화 에폭시</td><td>도구</td><td>Allied Electronics (www.alliedelec.com)</td><td>&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Accu-Tek Carbofib 팁 핀셋</td><td>도구</td><td>Aven (www.aveninc.com)</td><td>18768 (Pattern 304)</td></tr><tr><td>마이크로 해부 가위</td><td>도구</td><td>Biomedical Research Instruments (www.biomedinstr.com)</td><td>25-1000</td></tr><tr><td>Xcelite 378M 플라이어</td><td>도구</td><td>Newark</td><td>96F8903</td></tr><tr><td>미니 핀 바이스</td><td>도구</td><td>MSC Industrial Supply (www.mscdirect.com)</td><td>00920314 </td></tr></tbody></table>

만성에 대한 마이크로 드라이브 배열 생체내에 녹화 : 드라이브 제작

Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Drive Fabrication

뉴런의 큰 인구의 만성적인 기록은 깨어있는 행동 쥐가에의 연결 회로의 기능을 연구를위한 중요한 기술이다. tetrodes의 고밀도 어레이를 들고 경량 녹화 장치는 각각의 뉴런의 수백 수만의 활동의 동시 모니터링 수 있습니다. 여기 이십일 독립적으로 움직일 수있는 마이크로 드라이브와 마이크로 드라이브 배열의 제조를위한 프로토콜을 설명합니다. 이 장치는 우리가 실험실에서 hippocampal과 대뇌 피질의 뉴런에서 기록을 성공적으로 사용되었습니다. 우리는 설계 정의, 마이크로 드라이브를 개최합니다 3 - D 인쇄된 플라스틱베이스를 준비하는 방법을 보여줍니다. 우리는 각각의 마이크로 드라이브를 구성하는 방법과 전체 마이크로 드라이브 어레이를 조립하는 방법을 보여줍니다. 드라이브 배열과 골드 도금으로 tetrodes의 로딩과 같은 tetrodes의 제조와 같은 외과 이식의 드라이브 배열,의 더 준비는 후속 동영상을 문서에 덮여 있습니다.

이 프로토콜에서는 쥐에서 만성 electrophysiological 레코딩을위한 마이크로 드라이브 배열을 조작하는 방법을 보여줍니다.

대규모 뉴런 집단의 만성 기록은 깨어 있는 상태로 행동하는 쥐의 신경 회로 기능을 연구하는 데 유용한 기술입니다. ...

본 영상에서는 21개의 독립적으로 조절 가능한 나사 구동 방식 마이크로 드라이브로 구성된 경량 마이크로 드라이브 어레이의 조립 과정을 다룹니다. 각 마이크로 드라이브는 단일 전극의 기록 위치를 제어합니다. 마이크로 드라이브는 컴퓨터로 설계된 플라스틱 베이스에 장착되어, 움직이는 동물의 두개골을 기준으로 안정적으로 고정되며, 전극들을 조밀하게 배치하여 작은 개두술 부위를 통해 뇌 내부로 삽입될 수 있도록 합니다.베이스에는 기록 장치와의 연결을 위한 전극 인터페이스 보드가 장착되어 있어, 실험 시작과 종료 시 동물을 편리하게 연결하거나 분리할 수 있습니다. 베이스에 부착된 플라스틱 원뿔은 쥐 케이지 내의 외부 요인으로부터 마이크로 드라이브와 전극을 보호합니다. 안녕하세요, 저는 매사추세츠 공과대학교 PIKA 학습 및 기억 연구소의 Matt Wilson 교수님 연구실 소속 Faia Postman입니다.오늘은 마이크로 다이브 어레이(micro dive array)를 제작하는 프로토콜을 보여드리겠습니다. 저희 실험실에서는 피질이나 해마와 같이 쥐 뇌의 광범위한 뉴런 집단으로부터 신호를 기록하기 위해 이러한 마이크로 다이브 어레이를 사용합니다. 먼저, 저희가 마이크로 다이브 어레이를 어떻게 설계했는지 보여드리겠습니다.이제 작업실로 이동하여 Steve와 Stewart가 원자재를 처리하는 방법과 이를 완전히 작동하는 장치로 조립하는 방법을 보여줄 것입니다. 그럼 시작하겠습니다. 플라스틱 베이스는 컴퓨터 보조 설계 소프트웨어를 사용하여 설계되었으며, 저렴한 3D 프린팅 공정을 통해 제작됩니다.우리는 또한 마이크로 드라이브 어레이의 다른 모든 구성 요소들을 모델링합니다. 이를 통해 완성된 드라이브의 크기와 무게를 세밀하게 조절할 수 있습니다. 플라스틱 베이스의 상단에는 개별 마이크로 드라이브를 장착할 수 있는 두 줄의 구멍 링이 있습니다.3D 모델은 서비스 뷰로(service bureau)로 전송되며, 그곳에서 스테레오 리소그래피(stereo lithography)를 이용하여 레이저 경화성 수지로 설계를 제작합니다. 이 과정은 며칠밖에 걸리지 않으며, 완성된 부품은 가볍고 재사용이 가능합니다. 서비스 뷰로부터 부품이 도착하면, 이를 사용할 수 있도록 준비해야 합니다.이제 작업실로 이동하겠습니다. 3D 프린팅 공정으로는 작은 구멍을 정밀하게 출력할 수 없으므로, 모델 설계 시 구멍의 직경을 더 작게 지정합니다. 그 후 작업실에서 드릴링과 탭 작업을 통해 구멍을 필요한 크기로 가공합니다.플라스틱 베이스를 준비하기 위해 세 가지 서로 다른 크기의 드릴 비트를 사용하는데, 베이스의 외부 링에는 61번 비트, 65번 비트 및 1.55 millimeter 비트를 사용합니다. 61번 비트를 장착한 핸드 드릴을 매우 낮은 속도로 사용하여, 나중에 마이크로 드라이브 나사가 삽입될 가이드 구멍을 뚫습니다. 다음으로, 65번 비트로 구멍을 뚫어 베이스 입구에 마이크로 드라이브 지지 튜브를 위한 구멍을 준비합니다.더 큰 1.55 millimeter 비트를 사용하여 베이스를 전극 인터페이스 보드 및 보호 콘에 부착할 구멍들을 뚫습니다. 마이크로 드라이브의 원활한 움직임을 보장하기 위해, 내부 구멍 링에 스테인리스 스틸 슬리브를 삽입합니다. 각 슬리브는 플라이어를 사용하여 베이스 상단과 수평이 될 때까지 압입해야 합니다.이제 나사 가이드 구멍에 나사산을 내야 합니다. 핀 바이스를 사용하여 탭을 고정하고, 탭핑 전 건식 윤활제를 도포하십시오. 인접한 슬리브에 일시적으로 삽입한 23 gauge 튜브와 평행이 되도록 탭과 그 정렬 상태를 맞추십시오.인터페이스 보드와 보호 콘을 고정하는 구멍들에 나사산을 만들어야 합니다. 동일한 방식으로 이 구멍들을 핸드 탭으로 가공하십시오. 플라스틱 기반 설계에는 각 나사 가이드 구멍마다 탭 스타터가 포함되어 있어, 나사산 가공 과정에서 초기 나사산이 손상되지 않도록 보호합니다.모든 파일럿 홀에 나사산 가공이 완료되면, 면도날을 사용하여 이러한 탭 스타터를 쉽게 제거할 수 있습니다. 전극들은 여러 개의 전극 안내 튜브에 의해 드라이브 바닥의 단일 지점으로 안내됩니다.먼저, 모든 전극 가이드 튜브를 고정할 수집 캐뉼라를 제작해야 합니다. 수집 캐뉼라는 1.5 cm 길이의 스테인리스 스틸 튜브 조각으로 만듭니다. 수집 캐뉼라는 치과용 시멘트로 고정합니다.접착력을 높이기 위해 Dremel 그라인딩 휠을 사용하여 튜브 표면을 조심스럽게 거칠게 만든 후, 이 캐뉼라를 플라스틱 베이스 바닥에 삽입하십시오. 캐뉼라의 5~7 mm 부분이 마이크로 드라이브 어레이 외부에 남도록 위치시킵니다. 외과적 이식을 용이하게 하기 위해 수집 캐뉼라를 플라스틱 베이스 바닥에 부착하십시오.치과용 아크릴을 사용하는 경우, 최소 15분 동안 경화시키십시오. 이제 면도날을 사용하여 폴리아미드 21개를 잘라 가이드 튜브를 준비합니다. 이 단계는 21개의 가이드 튜브 전체를 구동 베이스 하단의 수집 캐뉼라에 삽입하는 것으로 시작합니다.이렇게 하면 튜브들이 모두 서로 평행하게 유지됩니다. 번들의 튜브가 너무 헐겁거나 빡빡한 경우, 튜브 수를 줄여서 시작하거나 필요에 따라 튜브를 추가하십시오. 이제 각 가이드 튜브를 하나씩 제거하여 드라이브 상단의 슬리브 중 하나에 삽입하십시오.튜브 묶음 뒤쪽 왼쪽 틈새를 통해 튜브를 아래로 통과시킵니다. 가이드 튜브에 꼬임이나 심한 굴곡이 있는지 확인하고, 필요한 경우 교체합니다. 각 가이드 튜브의 위치를 조정하여 슬리브 상단으로부터 1~2mm 정도 돌출되도록 합니다.이제 수집 캐뉼라(collector cannula) 바닥에 묽은 sano acro lake 글루를 소량 떨어뜨립니다. 이때 글루가 가이드 튜브 안으로 흘러 들어가지 않도록 매우 주의하십시오. 다음으로, 새 면도날을 사용하여 수집 캐뉼라 바닥에 남은 불필요한 튜브 묶음을 잘라냅니다.실체 현미경 하에서 튜브가 깔끔하게 절단되었으며 캐뉼라와 평평하게 일치하는지 확인합니다. 각 전극은 개별 마이크로 드라이브에 의해 전진하므로, 21개의 마이크로 드라이브를 제작하여 플라스틱 베이스에 삽입해야 합니다. 각 마이크로 드라이브는 서로 연결된 맞춤형 나사와 중공 지지 튜브로 구성됩니다.치과용 아크릴을 사용하여 전극이 지지 튜브를 통과하게 합니다. 나사는 치과용 아크릴에 매립되는 작은 립(lip)이 있는 비나사부(non threaded part)가 있어, 나사가 자유롭게 회전할 수 있습니다. 나사를 플라스틱 베이스로 돌려 넣으면 전극이 전진하거나 후퇴하게 됩니다.나사의 머리는 반원통형 모양입니다. 마이크로 드라이브를 제작하기 전에, 먼저 맞춤형 나사를 돌릴 수 있는 드라이버를 만들어야 합니다. 임시 드라이버는 맞춤형 나사를 가져와 반원통형 머리를 둘러싸고 있는 립 부분을 완전히 갈아내어 제작합니다.나사 머리가 완전히 감싸일 때까지 5 cm 길이의 15 gauge 튜브 안으로 밀어 넣습니다. 이제 나사의 나사산 주변의 튜브를 으깨어 나사가 튜브에 고정되어 회전하지 않도록 합니다. 손잡이 역할을 할 미니 핀 바이스를 부착하면 드라이버가 완성됩니다.마이크로 드라이브는 나사와 지지 튜브 주변에 치과용 아크릴을 몰딩하여 제작합니다. 사용되는 몰드는 플라스틱 베이스와 마찬가지로 3D 프린팅된 플라스틱이며, 하단에 구멍이 있어 아크릴을 몰드에 부을 때 나사와 지지 포스트의 정렬 상태를 유지해 줍니다. 먼저 몰드를 준비해야 하는데, 23 gauge 바늘을 사용하여 지지 튜브 구멍을 깨끗이 비우고, 나사 구멍을 비운 뒤 탭을 사용하여 나사산을 만듭니다.이는 방금 플라스틱 베이스에 적용했던 것과 동일한 절차입니다. 이제 마이크로 드라이브를 제작하기 위한 몰드가 준비되었습니다. 치과용 아크릴이 몰드에 달라붙는 것을 방지하기 위해 테플론 기반 윤활제로 몰드 내부를 코팅합니다.아크릴 깊이 내에 단단히 고정될 수 있도록 14 mm 길이의 23 gauge 스테인리스 스틸 지지대의 상단 2~3 mm 부분을 그라인딩 휠로 거칠게 깎아냅니다. 지지대의 윗부분이 웰(well) 상단보다 높게 위치하도록 몰드의 작은 구멍에 지지대를 삽입합니다. 나사에 테플론 기반 윤활제를 얇게 바른 후, 나사산이 웰 바닥 바로 아래에 위치할 때까지 나사 구멍에 삽입합니다.이제 치과용 아크릴을 혼합하여 몰드에 붓습니다. 모든 구석진 곳까지 빈틈없이 채워졌는지 확인하십시오. 아크릴이 경화된 후에는 바늘을 사용하여 기포를 제거할 수 있습니다.나사를 풀어서 마이크로 드라이브를 제거할 수 있습니다. 엄격한 품질 검사를 수행하십시오. 아크릴에 균열이나 기포가 없어야 합니다.포스트와 나사는 평행해야 하며 옆으로 움직이지 않아야 합니다. 나사는 부드럽게 돌아가야 하지만 유격이 없어야 하며, 재사용되는 부품 중 상태가 좋지 않은 마이크로 드라이브는 폐기해야 합니다. 21개의 양호한 마이크로 드라이브가 확보될 때까지 이 과정을 반복하십시오.몰드에 여러 개의 웰이 있는 경우, 시간을 절약하기 위해 마이크로 드라이브를 여러 개 제작하여 일괄 처리할 수 있습니다. 각 마이크로 드라이브를 플라스틱 베이스의 구멍 한 쌍에 조심스럽게 맞춥니다. 드라이버를 사용하여 마이크로 드라이브 나사를 전진시키면서, 마이크로 드라이브 지지 튜브를 폴리머 가이드 튜브 위로 밀어 넣어 금속 슬리브 안으로 삽입하십시오.이 과정은 까다로울 수 있습니다. 마이크로 드라이브가 내려갈 때 가이드 튜브가 버클에 걸리지 않도록 베이스 중앙을 주의 깊게 살피십시오. 모든 마이크로 드라이브가 제자리에 배치되고 완전히 내려가면, 가이드 튜브 묶음을 고정하기 위해 드라이브 중앙에 소량의 아크릴을 떨어뜨립니다.아크릴을 15분 동안 경화시킵니다. 아크릴이 마르면, 각 마이크로 드라이브를 약 3mm 정도 후퇴시키기 위해 마이크로 드라이브의 상단 뷰 도식도를 작성하고 각 마이크로 드라이브에 고유한 이름이나 번호를 부여합니다. 이제 스테레오 현미경으로 보면서 드라이브를 뒤집고 컬렉터 캐뉼라와 가이드 튜브의 바닥면 사진을 찍습니다.다음 단계에서 참조용으로 사용할 수 있도록 사진을 출력하십시오. 그다음 드라이브를 거꾸로 든 상태에서, 각 가이드 튜브에 좁은 폴리아미드 캐리어 튜브를 마이크로 드라이브 상단으로 나올 때까지 삽입하십시오. 어느 가이드 튜브가 어느 마이크로 드라이브에 해당하는지 사진에 기록해 두십시오.캐리어 튜브는 나중에 정밀한 전극 와이어를 보호하고 지지하는 역할을 합니다. 이 튜브는 마이크로 드라이브를 통과합니다. 각 캐리어 튜브가 마이크로 드라이브 지지 튜브 상단보다 1 cm 높게 오도록 늘린 다음, 5분 경화 에폭시 또는 점도가 높은 sano acro lake 접착제를 사용하여 캐리어 튜브를 지지 튜브에 접착하십시오.이 단계에서 각별히 주의하십시오. 접착제가 지지 튜브 내부로 흘러내리면 지지 튜브가 고정 가이드 튜브에 고착되어 해당 마이크로 드라이브가 손상될 수 있습니다. 이것이 캐리어 튜브를 삽입하기 전에 마이크로 드라이브를 들어 올리는 이유입니다.모든 캐리어 튜브를 접착제로 고정한 후, 마이크로 드라이브를 다시 완전히 내리고 새 면도날을 사용하여 드라이브 바닥면에 맞춰 모든 캐리어 튜브를 평평하게 잘라냅니다. 다음으로, 날카로운 가위를 사용하여 마이크로 드라이브 상단에서 1~2mm 위 지점에서 캐리어 튜브를 자릅니다. 마지막으로 드라이브 베이스 위에 전극 인터페이스 보드를 배치하고 나사 두 개로 고정합니다.이제 드라이브 어레이에 전극과 실험 장치를 장착할 준비가 되었습니다. 일반적으로 테트로(tetros)라고 불리는 4채널 마이크로와이어 전극을 사용하지만, 어떤 종류의 전극이라도 사용할 수 있습니다. 테트로의 제작 방법, 마이크로 드라이브에 장착하는 방법, 그리고 수술적 이식을 위해 드라이브 어레이를 준비하는 방법은 다른 JoVE 영상에서 다루고 있습니다.본 프로토콜을 그대로 따르거나 필요에 맞게 수정하여 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 일부 연구자는 더 깊은 뇌 구조에서 기록하기 위해 더 긴 나사가 필요할 수 있습니다. 또한, 하나 이상의 뇌 부위를 대상으로 하는 드라이브를 설계하고자 하는 경우도 있을 수 있습니다.약간의 수정을 거치면 생쥐와 같은 더 작은 동물에게 사용할 수 있도록 설계를 소형화할 수 있으며, 전극 위치를 원격으로 조정할 수 있는 전동식 마이크로 드라이브를 사용할 수 있습니다. 지금까지 쥐의 머리에 이식하여 동물이 실제로 움직이는 동안 대규모 뉴런 집합으로부터 기록할 수 있는 마이크로 드라이브 어레이의 설계 및 제작 방법을 살펴보았습니다. 이 절차를 수행할 때는 마이크로 드라이브 나사가 미끄러지지 않도록 플라스틱 베이스의 구멍을 조심스럽게 뚫는 것이 중요합니다.제작된 마이크로 드라이브의 품질을 엄격하게 점검하십시오. 나사와 지지 튜브가 평행한지, 그리고 나사가 유격 없이 부드럽게 회전하는지 확인하십시오. 접착제나 치과용 아크릴을 사용할 때 튜브가 실수로 막히지 않도록 주의하십시오.마지막으로, MyDrive 어레이를 완성하고 수술을 진행하기 전에, 드라이브 내에 tetros와 low dose를 제작해야 함을 기억하십시오. 이 내용은 다른 JoVE 비디오 논문에서 다루고 있습니다. 이것으로 모든 설명을 마칩니다.시청해 주셔서 감사합니다. 실험에 좋은 결과가 있기를 바랍니다.

micro-drive-array-for-chronic-in-vivo-recording-drive-fabrication

Research

연구

JoVE Journal

Biology

생물학

이 프로토콜에서는 쥐에서 만성 electrophysiological 레코딩을 위해 설계되었습니다 마이크로 드라이브 어레이와 함께 사용하기 위해 조작 및 조건 tetrodes하는 방법을 보여줍니다. 또한, 우리는 지상 설치 와이어 및 보호 원추형을 포함 마이크로 드라이브 배열 건설의 마지막 단계를 보여줍니다.

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디자인, 제조 및 초경량 전동 microdrive의 조립이 설명되어 있습니다. 이 장치는 작은 행동 동물의 단일 단위의 만성 레코딩을위한 비용 효율적이고 사용하기 쉬운 솔루션을 제공합니다.

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아래에 기재된 것은 자유롭게 움직이는 쥐에서 만성 전기생리학적 기록을 위해 해부학적으로 먼 뇌 영역에 걸쳐 다중 폴리머 전극 어레이를 이식하는 방법이다. 준비 및 외과 이식은 다른 종에서 사용하기 위해 이러한 방법의 적응을 안내하는 디자인 원칙에 중점을 두고 자세히 설명됩니다.

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