Ontwerp en de fabricage van Ultralight Gewicht, verstelbare Multi-elektrode Probes voor elektrofysiologische registraties in Muizen

Samenvatting

Het begrijpen van de neurale substraten van gedrag vereist ensemble-opname van hersencircuits. Vanwege zijn genetische toepasbaarheid, biedt de muis een model voor het dissekeren van circuits en het nabootsen van ziekten. Hier wordt een methode beschreven voor het ontwerpen en fabriceren van geminiaturiseerde sondes die geschikt zijn voor het targeten van diepe hersenstructuren bij de muis.

Samenvatting

Het aantal fysiologische onderzoeken in de muis, Mus musculus, heeft ervaren een recente stijging, parallel met de groei van de methoden van genetische targeting voor microschakelings- dissectie en ziektemodel. De invoering van optogenetics bijvoorbeeld is toegestaan ​​voor bidirectionele manipulatie van genetisch geïdentificeerde neuronen, met ongekende tijdsresolutie. Om te profiteren van deze instrumenten en inzicht in dynamische interacties tussen hersenen microschakelingen, is het noodzakelijk dat men de mogelijkheid opnemen ensembles van neuronen diep in de hersenen van deze kleine knaagdieren, zowel hoofd-vaste en vrij gedragen preparaten. Op te nemen van diepe structuren en verschillende cellagen vereist een voorbereiding die precieze opbouw van de elektroden naar de gewenste gebieden van de hersenen mogelijk maakt. Neurale ensembles nemen, is het noodzakelijk dat elke elektrode afzonderlijk beweegbaar, zodat de experimentator om individuele cellen te lossen terwijl neighboring elektroden ongestoord. Om beide te doen in een vrij te gedragen muis vereist een elektrode schijf die is licht van gewicht, veerkrachtig en zeer aanpasbare voor gericht op specifieke hersenstructuren.

Een techniek voor het ontwerpen en fabriceren van miniatuur, ultralichte gewicht, microdrive elektrode arrays die zijn individueel aanpasbaar en eenvoudig te monteren van in de handel verkrijgbare onderdelen wordt gepresenteerd. Deze apparaten zijn eenvoudig schaalbaar en kan worden aangepast aan de structuur van het doelwit; Het is met succes gebruikt voor het opnemen van de thalamus en corticale gebieden in een vrij te gedragen dier tijdens het natuurlijke gedrag.

Inleiding

Mus musculus heeft door de genetische traceerbaarheid snel het diermodel van de keuze voor fysiologen geïnteresseerd in microschakeling niveau dissectie van genetisch geïdentificeerde neuronen en het onderzoeken muismodellen van menselijke ziekte. Zo is de recente introductie van causale genetische hulpmiddelen, zoals optogenetische en chemische genetische actuatoren toegestaan ​​experimentalisten naar de noodzaak en de toereikendheid van de geïdentificeerde neurale circuits te testen in het gedrag van ^1-4. De ruime beschikbaarheid van recombinant transgene muizen driver lijnen (Cre-lijnen) is geamplificeerd de experimentele gemak waarmee neuron subtypes zijn gericht, waardoor de waarde van muis voor deze experimenten ^5.

Ook hebben genetische screens en genoomwijde verenigingen van voorkomende neurologische en psychiatrische aandoeningen de identificatie van genetische risicofactoren voor hersenziekte ^6,7 vergemakkelijkt. Deze voordelen, gecombineerd met de groeiendetoolbox voor genetische manipulatie en genoom techniek bij muizen, hebben het het organisme van de keuze voor het modelleren van ziekte bij de mens gemaakt. De combinatie van de ziekte-modellen en causale genetische gereedschap biedt een ongekende kans voor het begrijpen van de hersenen ziekte en het identificeren van circuit-level targets voor interventies.

Om optimaal te profiteren van deze moleculaire hulpmiddelen en inzicht te krijgen in microschakelings- functie in gezondheid en ziekte, is het essentieel om paar ze met fysiologische uitlezen van hersenactiviteit. Idealiter zou de experimentator kunnen controleren een groot aantal neuronen terwijl de enkele cel resolutie. Extracellulaire, multi-elektrode opnames in vrij gedragen dieren bieden dergelijke gelegenheid; echter, heeft het gebruik van deze technologie in de muis beperkt. Op te nemen van kleine doelen (bijvoorbeeld, CA1 laag in de hippocampus), het gebruik van verstelbare elektroden is nodig omdat kleine bewegingen in de opname elektroden volgende surgical implantatie maken het onmogelijk om de opname stabiliteit ^8,9 te handhaven. Traditioneel, de methoden die zijn gebruikt om naar elektroden in de hersenen leggen gewichtsbeperkingen bij gebruik in de muis, waardoor het moeilijk te koppelen registratie van een groot aantal neuronen met gedrag in dit organisme.

Hier worden methoden geïntroduceerd voor het vervaardigen van miniatuur, ultra-lichtgewicht, micro-elektrode arrays die individueel aanpasbaar aan de hersenen regio wordt gericht, optogenetics-compatibel zijn, en eenvoudig te monteren van in de handel verkrijgbare onderdelen. Elke "microdrive" binnen de multi-elektrode "hyperdrive" maakt gebruik van een veer-en-schroef mechanisme om de elektrode en een plastic rail vooruit, ingebouwd in de hyperdrive lichaam, om het koppel tegen te gaan van de schroef. Eerst wordt het proces van het ontwerpen van de hyperdrive organen en microdrives in een CAD-programma voor 3D printen beschreven. Door het ontwerpen van hyperdrive lichamen die zijn aangepastspecifieke structuren, is het mogelijk de nauwkeurigheid van targeting vergroten en verdere verhoging van het rendement van de bereiding. Ten tweede wordt het fabricageproces beschreven, waarbij de meervoudige elektrode-reeks is met de hand uit delen die commercieel verkrijgbaar zijn. Deze techniek is gebruikt, met succes, op te nemen van ensembles van neuronen in de hippocampus, thalamus en cortex in de vrij gedragen dier tijdens natuurlijke foerageergebied en operante taken.

Protocol

1 Ontwerp Intent

1. Identificeer de hersenen regio van keuze (laterale geniculate nucleus (LGN, visuele thalamus)) door te bladeren door de sagittale secties van de elektronische hersenen van muizen atlas.
2. Bij A / P coördinaten (-2,3 - -2,7 mm), de LGN is breedste. Gebruik dit gebied om het station bodem (stuks) te ontwerpen.
   OPMERKING: Totaal 8 onafhankelijk beweegbare elektroden kunnen worden gebruikt om doel LGN (4-6 elektroden maken het LGN, 2-4 elektroden worden toegevoegd aan implantatie errors, figuur 1A offset).
3. In Solidworks, een schets van het ontwerp lichaam (Figuur 1B) in het voorste vliegtuig. Klik schets, en gebruik vervolgens een combinatie van lijnen en curven om een ​​schets waarin ook de contouren voor de aandrijving basis, handgrepen en polyamide half slots, zoals tekenen. Zorg ervoor dat de contour geen openstaande gaten bevatten. Klik vervolgens op Exit Sketch.
4. Vervolgens selecteert u zowel de voor-en rechter vliegtuigen, en klik op "CreaTe Axis ". Maak vervolgens het 3D-ontwerp lichaam model door het draaien van de gemarkeerde blauwe schets contour (Figuur 1B) 360 °. In het menu functies, klikt u op "Revolved Boss / Base". Kies de middellijn als de rotatie-as. In de sectie parameters, onder leiding 1 klik Blind, en onder hoek te selecteren 360.00 deg. In de geselecteerde contouren sectie, ervoor zorgen dat het blauw gemarkeerd contour is de geselecteerde.
5. Maak een polyimide half-slot door draaiende het rood gemarkeerd contouren 13 ° (figuur 1C, links boven). Stappen zijn identiek aan 1.4 hierboven, behalve voor de hoek specificatie
6. Maak een aandrijving verzorgt door ronddraaiende de groene contour 15 ° (figuur 1C, rechts boven).
7. Maak de tweede schijf handvat met behulp van de cirkelvormig patroon functie (figuur 1C, linksonder). In het menu functies, klikt u op "Circular Pattern". In parameters, kiest de middellijn als rotatie-as. Selecteer 180.00 deg als de hoek en 2 als aantal instanties. Zorg ervoor dat de eerste greep is geselecteerd onder "Functies aan Pattern".
8. Maak zestien polyimide half-slots met behulp van het cirkelvormig patroon functie (figuur 1C, linksonder). Verricht moties tot 1,7, maar selecteert u het eerste polyimide half-sleuf, zoals de "Eigenschappen voor Pattern". De hoek is 22,5 ° en het aantal gevallen zijn 16 (Let op: dit is slechts 360 ° gedeeld door het aantal keren dat u wilt patroon van de functie)
9. Maak een nieuwe vlak waarop aan de polyimide bakje trekken. Dit te bereiken door te klikken op "insert" in het hoofdmenu. Klik op "Reference Geometry", Selecteer de twee kanten van polyimide half slots, en klik vervolgens op "Create New Plane"; (Figuur 1D, boven)
10. Maak de microdrive bakje (het schroefgat, polyimides gat en anti-torque rail (figuur 1D, onderaan). Bereiken dit door het creëren vaneen schets dat al deze functies op het nieuwe vliegtuig gemaakt in 1.9 omvat. Merk op dat voor de anti-torque rails, definiëren een middellijn tussen de twee zijden van het polyamide top slots. Dan trekken de anti-torque rails, door twee cirkels loodrecht op de hartlijn waarvan centra 1 radius elkaar en snijden de middelste contour.
11. In het menu Eigenschappen, klik op "Extrudeer Boss / Base" naar de antitorque spoor maken en kiezen voor een blinde extruderen van 10 mm naar boven gaan en 2 mm naar beneden te gaan. Voor het schroefgat en polyimide gat, klik op "Extrudeer cut ', en kies blind 6mm, en een paar mms naar boven gaan voor beide (Figuur 1E, links).
12. Patroon van de micro-aandrijving vergaarbak 16x, met behulp van het centrum als de rotatie-as (22,5 °, 16 gevallen, gelijke afstand), (figuur 1E, rechts)
13. Op de bovenkant van het handvat opneming van een 3 mm x 3 mm box vanaf het midden punt van de omvormer handgreep, tegenover de centrale eenXIS. Extruderen dit 2 mm naar boven met behulp van de functie "Extrudeer Boss". Teken cirkels van 1 mm diameter op de plaatsen waar de schroeven EIB zal gaan. Daarna maken 1,5 mm "Extrudeer Cut" om een ​​gat te maken. Dan, patroon van de doos en het gat twee keer met behulp van de Circular Pattern functie (Tekst overlay: 180 °, 2 gevallen, gelijke afstand, over de centrale as).
14. Gebruik de maten (in mm) in figuur 1F om een top stuk schets te tekenen. Gebruik de "Drijf Boss / Base" naar een 3D-model van te maken.
    OPMERKING: Nadat u deze stappen het station ontwerp is voltooid. De fysieke schijf lichaam wordt aangemaakt door het proces van stereolithografie. Er zijn een aantal bedrijven die stereolithografie afdrukken op basis van STL bestanden aanbieden. We raden aan diensten die kunnen worden afgedrukt in hard plastic (zoals Accura® 55), met een minimale resolutie van ten minste 0,1 mm.

2 Voorbereiding van de Hyperdrive Components

1. Lay-out van een kleine(: ". / 0116 'ID / OD 0,0071' '; Wall: 0,00225) stukje dubbelzijdige tape op een vlakke ondergrond en snijd het benodigde aantal van 31 G polyimide buizen ongeveer 8 centimeter (Figuren 2A - 2B) .
2. Leg de eerste laag geleidebuizen op de dubbelzijdige tape, zorg om geleidebuizen zo dicht mogelijk bij elkaar op het plakband. Dep een kleine hoeveelheid dunne, cyanoacrylaat lijm op de laag polyimiden. (Figuur 2C)
3. Maak snel een tweede laag van polyimides (figuur 2D).
4. Maak een tijdelijke aanduiding glasvezel met behulp van een 26 G canule. Zorg ervoor dat deze wordt gesmeerd met een Teflon glijmiddel alvorens te worden opgenomen in de assemblage (figuur 2E).
5. Breng een lijn van epoxy 4-5 mm in lengte loodrecht op het polyimide bundel (Figuur 2F). Zodra de epoxy is uitgehard (2-3 uur), verwijdert u de tape van de onderste laag en reePoxy de andere kant. Nadat de epoxy opnieuw is uitgehard kan de 26 G canule verwijderd en de construct gesneden in het midden met een scheermesje (figuur 2G), resulterend in twee polyimide matrices, die elk kunnen worden gebruikt voor een hyperaandrijving (Figuur 2H).
6. Print de kegel sjabloon op een vel transparant papier en knip een overeenkomstige vel zware aluminiumfolie (Figuren 3A - 3C).
7. Breng een laag van epoxy op de aluminiumfolie en vlug de transparantie papier passen. Met behulp van een zwaar voorwerp of een houten deuvel, glad uit de epoxy, zodat het gelijkmatig verdeeld is (Figuur 3D).
8. Knip de kegel template en klem samen met behulp van een alligator clip. Tot slot, gebruik dan een andere schar van epoxy om de stukken (Figuur 3E) permanent aan te brengen.

3 eindmontage van de Microdrive

1. Bevestig de EIB om de drive lichaam, En plaats de 26 G canule door de polyimide leibuis matrix. Lijn de polyimide matrix met de aandrijving lichaam met behulp van de glasvezel gat in de EIB ervoor te zorgen dat de gids buizen loodrecht op de EIB en epoxy de matrix om de drive lichaam en zorg ervoor dat er geen epoxy uitmondt in de gids buizen of in de aandrijving body (Figuren 4A - 4C).
2. Kaart elke geleidebuis in de polyimide matrix een overeenkomstige beugel op de binnenwand van de omvormer lichaam. Schuif een kleine ring van 33 G polyimide over elke gids buis en in de beugel en breng een kleine hoeveelheid cyanoacrylaat lijm om elke gids buis aanbrengen. (Figuren 4D - 4E) Tenslotte epoxy het gehele toestel aan de binnenwand van de omvormer lichaam en snijd de polyimiden zodat ze uitsteken boven de binnenrand (figuren 4F - 4G).
3. Bouw een microdrive assemblage door de invoering van een van de maat-built schroeven door het middengat van een bovendeel gevolgd door een van de 5 mm veren. Schuif de buitenste opening van het bovenstuk op een van de rails, en voorzichtig rijden de schroef. Rijd de schroef tot de lente komt het minimale gecomprimeerde lengte. (Figuren 4H - 4I) Herhaal dit proces voor elke rail / microdrive (Figuur 4J).
4. Schakel de drive-array zijn kop en maak een foto van de gids buis matrix. Dit beeld wordt gebruikt om de locatie van de geleidingsbuis overeenkomstig elke microdrive (figuur 4K) kaart.
5. Plaats een polyimide buis (0,005 ") in elke geleidebuis uit de onderkant van de omvormer base. Laat de drager tubes 1-2 mm vanaf de bovenkant van de volledig neergelaten microdrive en plaat op de foto de identiteit van de desbetreffende micro-aandrijving. (Cijfers 4L - 4M)
6. Epoxy de polyimide buis naar de microdrive ondersteuning, zorg ervoor dat u let epoxy lopen door de microdrive op de lente of de schroef (Cijfers 4N, 4P - 4Q).
7. Volledig lager alle microdrives. Snijd alle polyimide buizen uit flush onderaan de polyimide matrix (figuur 4O).
8. Monteer de elektrode interfacekaart om het station te voet met behulp van twee # 00-90 x 3/16 "'schroeven (Figuur 4R).
   NB: Op dit punt is de drive-array is klaar om te worden geladen met stereotrodes of tetrodes. Voor meer informatie over Tetrode bouw en laden, zie ^10. De gedrukte schijf basis en de microdrives zijn ontworpen in SolidWorks 2011 3D CAD software: Link naar SolidWorks bestanden downloaden.
9. Na het laden, draai de schijf en kantel de afscherming kegel over de schijf, zodat alleen het onderste stuk uitsteekt. Bevestig de afscherming kegel door epoxying de kegel om het station lichaam.
10. Nadat de conus is bevestigd, strippen een kleine lengte vanroestvrij staaldraad (.008 'Bare, .011' Coated) en pin aan de EIB. Krassen op de binnenste, aluminium deel van de kegel met een naald en aard de staaldraad aan de conus met zilververf. Zodra de zilveren verf droog is, te versterken met een schar van epoxy. Alternatief, de staaldraad direct met een schar van geleidende epoxy (MG Chemicals, Surrey, Canada) gekoppeld aan de conus.

Resultaten

Implantaat constructie is een proces dat begint met het ontwerp van de 3D ​​afgedrukte hyperdrive (figuur 1), gaan de constructie van het onderste stuk (figuur 2), de afscherming kegel (figuur 3), en de eindmontage van de hyperdrive door Speciale uitvoeringen van de microdrives (figuur 4). Deze stappen worden gevolgd door het laden van de microdrives met elektroden (zie ^10). Na deze stap is het mogelijk om deze apparaten te gebruiken voor het opnemen van verschillende hersengebieden. In figuur 5, voorbeeld wordt een gelijktijdige registratie van de laterale geniculate nucleus (LGN) en Hippocampus (HPC) getoond. De stabiliteit van de in figuur 5B afzonderlijke eenheden is opmerkelijk, waaruit consequente golfvormen in een loop van enkele dagen. Deze neuronen zijn bevestigd dat LGN neuronen door reageert op light-emitting diode stimulatie, zoals blijkt uit deperistimulus time histogram (PSTH) in figuur 5C. Bij deze voorbereiding werd HPC lokale veld potentieel opgenomen als een proxy voor gedragsverandering staat. Deze sporen vertoonde scherpe golfribbels (Figuur 5D), tijdens gedrags rust, in overeenstemming met hun hippocampus herkomst.

Figuur 1 Het ontwerpen van de hoogste versnelling in Solidworks. A. Schematische voorstelling van een coronale doorsnede van een muis hersenen bij A / P coördineert -2.3 - -2.7 mm uit bregma. Vier individuele polyimides (300 micrometer) worden boven de cortex getrokken, ter illustratie van de gerichtheid van de regio LGN (rood) met elektroden. B. Schets van het ontwerp lichaam. Revolving de blauwe contour 180 ° zorgt voor een 3D-ontwerp body model (inzet). C. Toevoeging van polyimide slots en rijden handvatten om het ontwerp lichaam. Revolving de rode highlighted contouren in B van 13 ° resulteert in een polyimide half-slot (linksboven). Een rit handvat is toegevoegd door ronddraaiende de groene contour in B met 15 ° (rechts boven). De tweede handgreep wordt toegevoegd met de cirkelvorm functie (linksonder). Dezelfde functie kan gebruikt worden om de 16 polyimide halve sleuven (rechtsonder). D. een nieuw vlak toegevoegd aan het ontwerp (bovenaan), waardoor een nieuwe sketch voor microdrive houder, bestaande uit het schroefgat maken, polyimiden creëren gat en antitorque rail (onder). E. Deze functies zullen worden geïmplementeerd in het ontwerp met behulp van de snede en het extruderen functies en draaide 360 ° tot 16 stopcontacten te creëren. F. Afmetingen van het bovenste stuk schets (links) en het 3D model (rechts ). Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 2 Voorbereiding van het onderste stuk van de hyperdrive. A. De eerste polyimide buis wordt geplaatst op dubbelzijdig plakband. B. Verdere buizen zijn individueel geplaatst, en zorg ervoor dat de ruimte tussen de buizen te minimaliseren. C. Na de eerste laag wordt aangelegd een dunne laag van cyanoacrylaat lijm wordt toegepast D. Een tweede laag van polyimiden snel toegevoegd voordat de lijm wordt gedroogd. E. Bovenop de polyimiden bundel wordt een 26 G canule toegevoegd als plaatshouder voor de optische vezel. F . Het gehele construct is bevestigd met een druppel epoxy. G. Na verwijdering van de canule, het construct kan worden in het midden met een scheermes gesneden, waarbij twee identieke bodemdelen. H. Bekijk op het snijvlak van een voltooide onderste deel illustreert de twee dubbele rijen van vier polyimidenen het gat voor de optische vezel. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 3 monteren hyperdrive. A. De polyimide matrix wordt ingebracht in de drive lichaam en uitgelijnd met de elektronische schakeling (EIB) met de 26 G canule. B. Een kleine hoeveelheid epoxy wordt gebruikt om de polyimide matrix aan op de omvormer lichaam. C. Een tweede toepassing van epoxy kan nodig zijn, waarna de overmaat epoxy moet worden verwijderd dremeled D. Bovenaanzicht op de aandrijving lichaam met de matrix geplaatst. E. Met een klein stukje 33 G polyimide buis, de buitenste gids buizen worden in de overeenkomstige sleuven van het station body bevestigd. F. Alle buitenste geleider buizen moeten worden toegewezen aan een rail, en zorg ervoor dat de spanning op de buizen te minimaliseren. G. Immers buitenste geleider buizen worden in kaart gebracht, moeten ze worden vastgezet met epoxy en snijd net boven de binnenste lip. H. Een microdrive assemblage, bestaande uit een op maat gemaakte schroef, een 5 mm veer en een bovenstuk worden geassembleerd en geplaatst over een rail overeenkomt met een van de geleidebuizen. I. Elk microdrive samenstel moet zorgvuldig worden geschroefd in het station lichaam. J. Na de montage moet elke geleidebuis een overeenkomstige microdrive hebben K. onderaanzicht van het polyimide matrix L -.. M. Polyimide buizen (0.005) worden ingebracht in elk buitenste geleider buis. N. Elke innerlijke gids buis moet goed passen in de vork van het is overeenkomstige microdrive. O. De binnenste polyimide buizen worden bevestigd met epoxy op de corresponderende microdrive ensnijden zo kort mogelijk. Immers innerlijke gids buizen zijn geëpoxeerd, moet de innerlijke gids buizen uitsteken van de polyimide-matrix flush gesneden worden met de matrix lip. P. Omgekeerde macro uitzicht van het station tijdens de innerlijke gids buis laden. Q. Top macro uitzicht van het station tijdens innerlijke gids buis laden. R. Compleet gemonteerd hyperaandrijving met de EIB bevestigd, klaar om te worden geladen met elektroden. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

. Figuur 4 Voorbereiden van de afscherming kegel A. Kegel mal gedrukt op transparant papier B -. D. Een vel aluminiumfolie wordt vastgelijmd aan de matrijs met een dunne laag van epoxy. E. < / Strong> Na het uitsnijden van de mal, de kegel wordt gevormd en verlijmd met epoxy.

Figuur 5 Multi-locatie-opnamen met behulp van de ultralight-gewicht hyperdrive. A. Afbeelding van een vrij te gedragen muis met de hyperdrive geïmplanteerd. B. Voorbeelden van twee enkele eenheid golfvormen opnamen van deze muis. C. Links, coronale deel van de hersenen van muizen wijzen op de laterale geniculate nucleus, waar een aantal van de elektroden werden verlaagd. Recht, bijvoorbeeld peristimulus tijd histogrammen (PSTHs) van twee LGN neuronen afgestemd op visuele stimulatie (gele balk). D. Rechts, coronale sectie de hippocampus (HPC), waar een andere set van elektroden werden verlaagd. Recht, Voorbeeld van lokale veld potentieel opname van een hippocampus rimpel (rood hoogtepunt).

nt "fo: keep-together.within-page =" always ">
Figuur 6 Overzicht van aandrijfcomponenten. (Links) uitgebreid overzicht van hyperdrive componenten. (Rechts) Illustratie van na individuele microdrive montage.

Discussie

Dit protocol beschrijft het proces van het construeren van een ultralichte microdrive matrix voor het richten van een enkele of meerdere hersengebieden in de muis. Na de laatste stappen van de bouw, de hyperdrive is klaar om te worden geïmplanteerd met behulp van standaard chirurgische implantatie technieken en aangebracht op de muis schedel met tandcement. Na implantatie, de elektroden kunnen elk worden gevorderd zelfstandig met een kleine schroevendraaier, terwijl de muis wordt met de hand tegengehouden. De afstand per beurt dat elke elektrode vooruitgang wordt bepaald door de spoed van de schroef. De schroeven hier verwezen vooruitgang elke elektrode ongeveer 150 mm per beurt, hoewel halve en kwart-bochten kan worden gebruikt voor grotere resolutie.

De afmetingen van de schets in figuur 1B bepalen de totale omvang van het implantaat dus een duidelijke manier om implantaten bidirectioneel schaal is om de afmetingen van die kritische schets veranderen. Bovendien, the lengte van de schroeven kunnen worden uitgebreid tot diepere hersenstructuren richten. We raden aan op maat gemaakte titanium schroeven, als die zijn licht en minder broos dan staal. Merk op dat de antitorque rails moeten lineair schalen met de schroeflengte, en op dit punt hebben we niet bepaald de maximale lengte waarmee deze structuren kunnen worden afgedrukt. Om meerdere gebieden van de hersenen te richten, kan de vorm van het onderste stuk worden gewijzigd. De toevoeging van bekende sized ringen (dikte 200 urn), kan spacers nodig tussen polyimiden gericht op afzonderlijke hersenstructuren (bijvoorbeeld hippocampus en prefrontale cortex) verschaffen. Deze kunnen worden opgenomen in het bodemdeel montagestappen en later afgesneden nadat de epoxy verhardt.

Een grote beperking van dit ontwerp is de afhankelijkheid van proprietary software (Solidworks in dit geval). Toekomstige ontwikkeling van open source programma's die gebruiksvriendelijke interfaces bieden bevorderlijk voor het ontwerpen van dergelijke apparatuur met minimale technische achtergronronde van enorm voordeel voor de neurowetenschappen zou zijn.

Deze werkwijze verschaft verscheidene voordelen over bestaande werkwijzen. Ten eerste het ontwerp is eenvoudig afhankelijk weinig tekeningen (figuur 1). Ten tweede, het is ultra-licht, waarvoor geen tandheelkundige cement of zwaar materiaal in de assemblage te gaan. Kortom, weegt ongeveer 1,7 g - bijna een derde van het gewicht van commercieel verkrijgbare implantaten van dezelfde functionaliteit. Ten derde, het vereist geen speciale apparatuur om te maken - het implantaat lichaam kan worden 3D geprint uit meerdere bronnen (bijvoorbeeld approto.com, maar er zijn een aantal anderen); De schroeven kunnen op maat gemaakt (bijvoorbeeld antrinonline.com); de veren zijn commercieel verkrijgbaar (bijvoorbeeld leesprings.com); en daardoor de gehele assemblage proces kan gebeuren in een dag. Ten slotte hebben deze implantaten zijn gebruikt voor het opnemen van meerdere gebieden van de hersenen tijdens de natuurlijke foerageergebied, gestructureerde gedragstaken en slaapproblemen (Figuur5).

Toekomstige toepassingen van deze methode zijn onder meer de uitvoering van haar schaalbaarheid. Het is waarschijnlijk dat het implantaat bidirectioneel eenvoudig kan worden aangepast door het veranderen van 1) de grootte van de schets in figuur 1B en 2) het aantal microdrive houders (figuur 1D) gevormd. Bijvoorbeeld, kan het naar beneden worden geschaald naar record uit vrijelijk gedragen muizen vroeg in de ontwikkeling, en geschaald naar boven te nemen van ratten, konijnen, fretten en misschien niet-menselijke primaten.

Een laatste woord is aan de lezer die essentieel zijn voor een succesvolle uitvoering van de geschetste methode is om eventuele wijzigingen zij uitvoeren naar ontwerp toegevoegde bestanden .stl prototype herinneren. De lezer zal opmerken, bijvoorbeeld, dat de bijgevoegde ontwerp bevat een "figuur 8" antitorque rail. Dit was de beste ontwerpen mogelijk gezien de beperking van 3D printen, zoals het vaak vereist dat we boor deze gaten. Het hebben van het zijn van een cirkel, zou compromise stabiliteit, maar dat het een plein of een schuine vorm zou de mogelijkheid om 3D-printing onvolkomenheden op te lossen door het boren te beperken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Microdrive schroeven	Antrin		Half Circle 0.6 UNM Titanium Schroeven. 8 mm draad. 9 mm lengte van onder de kop.
Tap-ease	AGS CO.	#TA2	Tappenvet
Microdrives			Zie .STL-bestand
Drive Body			Zie.STL-bestand
Buitende Polyimide Gidsbuis	Minvasive Components	IWG Artikelnr. # 72113300022-012	Lengte: 12’’, ID: 0.0071’’, OD: 0.0116’’, WAND: 0.00225’’
Binnen Polyimide Gidsbuis	Minvasive Components	IWG Artikelnr. # 72113900001-012	Lengte: 12’’, ID: 0.0035’’, OD: 0.0055’’, WAND: 0.001’’
Aardingsdraad	A-M Systems, Inc.	Catalogusnr. 791900	0.008'' Naakt, 0.011'' Gecoat
Tri-Flow			Teflon-gebaseerde smeermiddel - Aerosol
Microdrive Veren	Lee Spring	Onderdeelnr. CB0050B 07 E	Buitendiameter: 1,016 mm, Gatdiameter: 1,193 mm, Draaddikkerte: 0,127 mm, Vrije Lengte: 10,160 mm, Vaste Lengte: 3,581 mm
Z-poxy 5 Minute	Pacer Technology (Zap)	PT37
Zilververf	GC Electronics	Artikelnr.: 22-023	Silver Print II
	Tri-Flow	20009
26 G Hypodermische Buis - Roestvrij Staal	Small Parts	HTXX-26T-12-10	Lengte: 12’’, ID: 0.012’’, OD: 0.018’’
EIB schroeven	Component Supply Co.	MX-0090-03SP	#00-90 x 3/16’’
Fijne Schaar - Toughcut	Fine Science Tools	14058-09	22 mm
Transparant Papier	3M	PP2500
Aluminiumfolie	Reynold's Wrap Heavy Duty		Extra Dik