Open-source Toolkit: Benchtop Carbon Fiber Microelectrode Array voor zenuwopname

Koolstofvezelelektroden, zijn kleiner dan neuronen en doen minimale schade. Bovendien kunnen ze worden vervaardigd met minimale gespecialiseerde apparatuur op het bankblad. Het belangrijkste voordeel van deze techniek zit in de eenvoud.

Hiermee kunnen gebruikers neurale arrays bouwen en aanpassen, zonder cleanroom-ervaring. Het manipuleren van de koolstofvezels en het plaatsen van de zilveren epoxy is lastig en kritisch. Deze twee delen vergen veel oefening en fijne motoriek.

De eerste dag is altijd de ergste, maar met oefening bouw je na ongeveer een week een functionele neurale array. Stel om te beginnen een soldeerbout in op 315 graden Celsius. Breng flux aan op alle soldeerpads.

Vorm kleine hoopjes soldeer op de achterste pads van de flex array en soldeer vervolgens de pinnen aan weerszijden van de connector. Eenmaal veilig, duwt u voorzichtig de soldeerboutpunt, tussen de voorste pinnen, om de resterende verbindingen aan de achterkant te solderen. Breng een extra fluxlaag aan, als het solderen lang duurt, soldeer vervolgens de voorste rij pinnen op het bord.

Reinig overtollige flux met 100% isopropylalcohol en een korte borstel. Duw vervolgens langzaam op de gelegde epoxy met een spuit, schuine kant naar beneden geplaatst op de pinnen, om de gesoldeerde verbinding in te kapselen. Leg een kleine lijn van de epoxy over de achterkant van het bord en trek deze aan de randen van de connector om deze vast te zetten.

Maak haarvaten met een glazen trekker en filament. Knip een getrokken glazen capillair, zodat de punt tussen de sporen van de array past. Schep vervolgens ongeveer een één op één verhouding zilver epoxy in een plastic schaal, met de houten uiteinden van twee katoenen applicators en meng het.

Gooi de applicators na het mengen weg. Snijd twee tot vier millimeter, vanaf het uiteinde van een koolstofvezelbundel, op een printerpapier met een scheermesje. Trek een gelamineerd papier voorzichtig over de bovenkant van de bundel om de vezels en de bundel te scheiden.

Neem vervolgens een beetje epoxy op het uiteinde van het getrokken capillair. En breng het voorzichtig aan tussen elk ander spoor, aan het uiteinde van het bord, en vul de opening. Plaats één koolstofvezel in elk epoxyspoor, met een teflon gecoat pincet.

Pas vervolgens de koolstofvezels aan met een schoon getrokken capillair, om loodrecht op het uiteinde van het flex array-bord te maken en begraaf ze onder de epoxy. Plaats de arrays op een houten blok, met vezelige uiteinden die over de rand van het blok hangen. Bak het houten blok en de arrays gedurende 20 minuten op 140 graden Celsius om de zilveren epoxy uit te harden en de vezels op hun plaats te houden.

Als zilver epoxy twee of meer van de vezels samenbrengt, kan het worden verwijderd met behulp van een schoon glazen capillair en het voorzichtig van het bord schrapen. Bewaar de afgewerkte planken in een doos met een verhoogd platform, om de vezelige uiteinden van het bord op te hangen, om vezelbreuk te voorkomen. Breng een klein druppeltje UV-epoxy aan op de blootgestelde sporen met een schoon capillair en blijf druppeltjes toevoegen totdat de sporen volledig bedekt zijn.

Laat de UV-epoxy onder een UV-pen twee minuten uitharden en herhaal dit voor de andere kant van het bord. Knip de vezels tot één millimeter met een stereoscoop dradenkruis en chirurgische schaar. Om elektrische aansluitingen te controleren, stelt u de potentiostaat gedurende vijf seconden in op nul volt en stabiliseert u het opgenomen signaal.

Voer een impedantiescan van één kilohertz uit voor elke vezel met een potentiostaat. Leg de metingen vast via de bijbehorende potentiostat software. Dompel de vezels vervolgens drie keer in gedeïoniseerd water in een bekerglas om ze af te spoelen.

Schraap Parylene C voorzichtig van de grond en verwijs met een pincet naar draden op het bord. Knip vervolgens twee lengtes van vijf centimeter geïsoleerd zilverdraad met een scheermesje. De-isoleer twee tot drie millimeter draad, van het ene uiteinde en ongeveer 10 millimeter van het andere uiteinde.

Verwarm vervolgens de soldeerbout tot 315 graden Celsius en breng een kleine flux aan op de draden. Steek twee tot drie millimeter van één draad in elke elektrofysiologische draad op het bord en breng soldeer aan op de bovenkant van de draden. Nadat u de sonde hebt laten afkoelen, draait u deze om om een beetje soldeer aan te brengen op de achterkant van de draad.

Knip alle blootliggende draad af die uit de achterste soldeerheuvel steekt. Plaats de arrays in de opbergdoos, buig de draden terug, weg van de vezel en bevestig de draden op de plakband om mogelijke vezeldraadinteracties te voorkomen. SEM-afbeeldingen van de tips werden gebruikt om de blootgestelde koolstoflengte en tipgeometrie te bepalen.

Schaarknipvezels hebben inconsistente tipgeometrieën, waarbij Parylene C over het uiteinde vouwt. De NDYAG lasergesneden vezels blijven consistent, in het opnamegebied, vorm en impedantie. Blaasbrandvezels leiden tot de grootste elektrodegrootte en vormvariabiliteit en een geslepen punt.

Gemiddeld werd 140 micrometer koolstof opnieuw blootgesteld. UV-lasergesneden vezels waren vergelijkbaar met blaasbrandvezels, met 120 micrometer koolstof, blootgesteld vanaf de punt. De resulterende impedanties lagen binnen bereik, voor elektrofysiologische registratie.

NDYAG lasergesneden vezels hadden het kleinste oppervlak maar de hoogste impedanties. Gevolgd door blaasbrand- en UV-lasergesneden vezels. In alle gevallen vielen de PEDOT:pTS gecoate vezels echter onder de drempel van 110 kilo ohm.

Acute opnames van vier UV-laserbehandelingsvezels, van twee millimeter lengte, tegelijkertijd geïmplanteerd in de motorische cortex van ratten, toonden drie eenheden over alle vezels, wat suggereert dat de behandeling van de vezels met de goedkope UV-laser vergelijkbaar is met andere snijmethoden. Wanneer je dit protocol probeert, geef jezelf dan een grote, schone ruimte bij het vullen van koolstofvezels. Het is gemakkelijk om per ongeluk al je vezels van de tafel te vegen, omdat er niet genoeg manoeuvreerruimte is.

Deze arrays zijn nu geschikt voor signaaleenheidopnamen uit de hersenen. Deze bouwtechnieken stelden Dr.Barnes'groep, aan de Universiteit van Michigan, in staat om te rapporteren en Dr.Chiel's groep aan de Case Western Reserve University, om intracellulair te rapporteren