작은 동물의 만성 신경 레코딩을위한 초경량 동력 Microdrive의 설계 및 조립

이 절차의 전반적인 목적은 행동 중인 소형 동물로부터 안정적인 세포 외 기록을 수행하기에 적합한 초경량 전동 마이크로 드라이브를 조립하는 것입니다. 먼저 커넥터와 모터를 섀시에 단단히 장착하여 이를 달성합니다. 두 번째 단계는 섀시에 맞게 셔틀의 모양을 잡고 셔틀 튜브를 부착하는 것입니다.

다음으로, 전극 가이드 튜브를 설치하고 기록 전극을 마이크로 드라이브에 장착합니다. 마지막으로, 전극과 배선이 우발적인 손상을 입지 않도록 투명 커버를 씌웁니다. 적절하게 조립 및 이식된 이 마이크로 드라이브는 최대 10주 동안 세포외 활동을 기록하는 데 사용할 수 있습니다.

당사의 설계 및 조립 절차는 사용 편의성을 극대화하고 비용을 최소화하기 위해 지속적으로 발전해 왔으며, 이를 통해 이전에 발표된 많은 버전보다 더 광범위한 연구자들이 보다 실용적이고 쉽게 접근할 수 있도록 하였습니다. 여기에 전체 마이크로 드라이브가 표시되어 있습니다. 이는 드라이브의 상부 구조 역할을 하는 섀시, 정밀 나사산 출력축이 있는 모터, 전극을 운반하고 전기적 연결 지점을 제공하는 나사산 셔틀, 그리고 셔틀 튜브, 전극 및 전극 가이드 튜브에 표시된 노에틱스(noetics) 커넥터 등 여러 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다.

섀시 전극 셔틀과 전극 셔틀 튜브는 3D CAD 소프트웨어로 설계하여 지역 정밀 가공업체에서 제작한 맞춤형 부품입니다. 그 외 모든 부품은 시중에서 구매 가능합니다. 먼저 니퍼를 사용하여 커넥터 하단의 접점 핀을 다듬으십시오.

이 도식에 표시된 대로 뒤쪽 핀 열은 1.5 millimeters로, 앞쪽 핀 열은 1 millimeter로 다듬습니다. 그런 다음 개구부가 아래로 향하도록 섀시를 작은 바이스에 조심스럽게 고정하고, 시아노아크릴레이트 접착제를 사용하여 15 millimeter 길이의 폴리아미드 튜브 4개를 섀시 뒷면과 수평이 되고 서로 평행하게 배치되도록 부착합니다. 시아노아크릴레이트 접착제가 마르면 폴리아미드 튜브를 약 6 millimeters 길이로 다듬고 허리 부분을 제거합니다.

남은 튜브 섹션은 샤시의 하단 가장자리에서 약 3mm 정도 떨어져 있어야 합니다. 다음으로, 샤시에 에폭시를 사용하여 커넥터를 위한 작은 받침대를 만듭니다. 그 위에 커넥터를 배치하고 커넥터 주변에 에폭시를 추가로 도포합니다.

커넥터 표면은 폴리아미드 튜브보다 몇 밀리미터 위에 위치해야 하며 섀시 표면과 평행해야 합니다. 에폭시가 완전히 경화되면, 바이스에서 섀시를 분리하여 전면이 위를 향하도록 지그로 옮깁니다. 그런 다음 섀시의 구멍을 통해 모터 전선을 통과시키고 모터를 베이스의 홈에 밀어 넣습니다.

모터와 구동축이 섀시와 평행한지, 그리고 바닥면과 측면에 밀착되었는지 확인한 후, 에폭시를 사용하여 모터를 섀시에 고정하십시오. 에폭시가 경화되면 커넥터에 접근할 수 있도록 섀시를 회전시킵니다. 모터와 전선에 가해지는 기계적 응력을 줄이기 위해, 전선이 섀시에서 나오는 부분에 소량의 속경화 에폭시를 도포하십시오. 이제 전선을 적절한 길이로 자르고 피복을 벗겨 커넥터의 해당 접점에 납땜하십시오.

모터의 샤프트가 양방향으로 부드럽게 회전하는지 확인한 후 전극 셔틀 조립을 진행하십시오. 먼저 셔틀을 모터 샤프트에 조심스럽게 끼워 맞춘 다음, 저속에서 드라이브 샤프트의 전체 길이를 따라 위아래로 이동시켜 적절하게 맞는지 테스트하십시오.

셔틀은 섀시에 딱 맞게 장착되어야 하며, 드라이브에 끼이거나 모터 샤프트의 회전이 멈춰서는 안 됩니다. 셔틀이 샤프트를 따라 부드럽게 이동하지 않는 경우, 섀시 표면과 드라이브 스크루에 이물질이 있는지 점검하십시오.

미세 핀셋이나 압축 공기를 사용하여 이물질을 제거한 다음, 나사산에 가벼운 미네랄 오일을 도포하고 다시 적합성을 확인하십시오. 셔틀이 너무 뻑뻑한 경우, 핀셋과 고운 입자의 숫돌을 사용하여 셔틀 측면의 방해 물질을 제거하십시오. 이때 물질이 균일하게 제거되도록 주의하십시오.

마지막으로, 이동 중에 기울어지거나 덜컹거리는 현상이 나타나 셔틀이 헐겁다면, 투명 필름의 작은 조각을 셔틀에 붙여 셔틀과 섀시 표면 사이의 간격을 메워줍니다. 적절하게 맞물리면 셔틀을 샤프트에서 분리하고, 셔틀의 4개 큰 구멍 각각에 스테인리스강 튜브를 압입합니다. 이때 튜브가 셔틀의 중앙에 위치하고, 여기에서 보는 것처럼 4개 튜브의 끝단이 모두 평평하게 정렬되었는지 확인하십시오. 각 튜브의 하단에 시아노아크릴레이트 접착제를 소량 도포하되, 접착제가 셔틀의 가장자리나 튜브 내부로 들어가지 않도록 주의합니다. 접착제가 마르면 완성된 전극 셔틀을 드라이브 샤프트에 다시 끼우고 나사산의 하단 끝까지 완전히 밀어 넣습니다.

전극 가이드로 사용할 25 millimeter 길이의 폴리아미드 튜브 4개를 자릅니다. 또한, 조립 과정 중 더미 전극으로 사용할 전극 4개를 40 millimeter 길이로 자릅니다. 각 튜브 섹션을 더미 전극에 끼워, 전극이 튜브 끝단 너머로 약 10 millimeters 정도 돌출되도록 합니다.

이제 여기에 표시된 대로 섀시에 폴리아미드 튜브들을 배치하십시오. 소량의 quick cast를 혼합하여 전극 상단 끝에서 약 2mm 아래에 도포하고 건조시킵니다. 다음으로, 더미 전극들을 제거하고 전극 가이드의 자유단을 재배치하여 드라이브 바닥 부분에서 단단한 번들 형태가 되도록 합니다.

필요한 경우, 전극을 고정하기 위해 전극 주위에 가는 와이어를 감으십시오. 그런 다음 여기에 표시된 대로 퀵 캐스트(quick cast)를 사용하여 새로운 위치를 고정하십시오. 날카로운 메스를 사용하여 마이크로 드라이브 바닥 너머로 뻗어 나온 전극 튜브 가이드를 다듬으십시오.

이 튜브들은 최종적으로 전극을 뇌 표면으로 안내하므로, 선택하는 길이는 삽입 부위의 해부학적 구조에 따라 달라집니다. 그런 다음 30 millimeter 길이의 절연 백금선을 자르고 한쪽 끝에서 1 millimeter의 절연체를 제거합니다. 다음으로, 이를 커넥터의 신호 핀 중 하나에 납땜합니다.

그런 다음 커넥터 아래에서 와이어를 구부려 와이어 가이드 튜브 중 하나로 밀어 넣으십시오. 와이어를 팽팽하게 당겨 전극 셔틀이 샤프트 상단에 위치하도록 한 상태로 섀시 상단의 가이드 슬롯으로 가져옵니다. 25 millimeter 전극을 폴리아미드 튜브에 삽입하고 스테인리스 스틸 튜브를 통해 위로 끌어올리십시오.

셔틀 내에서 전극의 팁이 폴리아미드 튜브의 하단 끝부분과 일치하도록 배치하십시오. 그다음 셔틀 튜브 상단 1 mm 지점에서 전극을 절단하십시오.

미세 핀셋을 사용하여 전극의 끝부분 2mm와 백금선의 끝부분 2mm에서 절연체를 제거합니다. 전극 팁이 가이드 튜브의 바닥과 일치하도록 전극의 위치를 조정합니다. 그 다음 백금선을 셔틀 튜브에 삽입하고, 1mm 길이의 짧은 텅스텐선을 셔틀 튜브에 밀어 넣어 두 선을 함께 고정합니다.

전극과 와이어가 밀착되어 기계적 및 전기적 연결이 모두 이루어졌는지 확인합니다. 그런 다음 셔틀을 구동축의 길이를 따라 위아래로 움직여 지속적으로 부드럽게 작동하는지 확인합니다. 모든 전극을 동일한 방식으로 설치한 후, 접지선으로 사용할 30 millimeter 길이의 은선을 자릅니다.

전극이 가이드 튜브 벽면에 닿을 때 발생하는 마찰을 줄이기 위해, 한쪽 끝의 절연체를 1 mm 벗겨낸 후 접지 핀에 납땜하십시오. 가이드 튜브 끝에 가벼운 미네랄 오일을 한 방울 떨어뜨려 모세관 현상으로 오일이 튜브 내부로 흡수되게 합니다. 다음으로, 12 mm x 25 mm 크기의 투명 필름 직사각형을 잘라 넓은 U자 모양으로 접으십시오.

접착제를 사용하여 이 커버를 섀시의 외면-표면에 부착하십시오. 그다음 15 millimeter × 6 millimeter 크기의 직사각형으로 투명 필름을 자른 후, 시아노아크릴레이트 접착제를 사용하여 커넥터 주변에 고정하며, 이때 투명 필름 조각의 긴 가장자리가 커넥터의 상단 가장자리와 일직선이 되도록 하십시오.

최종 장치는 다음과 같은 모습이어야 합니다. 다음 이미지들은 행동 중인 금화조의 arch AUM 강핵(robust nucleus)에서 얻은 대표적인 기록들을 보여줍니다. 첫 번째 이미지는 이식 일주일 후 10 mega platinum iridium 전극으로 기록한 단일 유닛 활성(single unit activity)을 보여줍니다.

다음 이미지는 이전 이미지에 사용된 것과 동일한 전극에서 기록한 것이지만, 약 9주 후에 캡처한 결과입니다. 저임피던스 전극을 사용하여 기록의 높은 품질이 계속 유지되고 있음에 주목하십시오. 안정적인 다단위 활동(multiunit activity)을 기록할 수 있습니다.

이 마지막 이미지는 1 MΩ 백금 전극으로 기록한 다중 단위 활동(multiunit activity)을 보여줍니다. 조립 절차에 숙달되면, 초기 제작 시의 에폭시 건조 시간을 제외하고 마이크로 드라이브를 완전히 조립하는 데 약 5시간이 소요됩니다. 하지만 재사용을 위한 드라이브 준비는 2시간 이내에 가능합니다.