Projekt i montaż ultralekkiego zmotoryzowanego mikronapędu do chronicznych rejestracji neuronalnych u małych zwierząt

Ogólnym celem tej procedury jest montaż ultralekkiego zmotoryzowanego mikronapędu, odpowiedniego do stabilnych rejestracji pozakomórkowych u aktywnych małych zwierząt. W pierwszym kroku konektor oraz silnik są bezpiecznie montowane do podwozia. Drugim krokiem jest dopasowanie kształtu prowadnicy do podwozia oraz zamocowanie rurek prowadnicy.

Następnie instaluje się prowadnice elektrod, a elektrody rejestrujące umieszcza się w mikronapędzie. Na koniec dodaje się przezroczyste osłony, aby chronić elektrody i okablowanie przed przypadkowym uszkodzeniem. Po prawidłowym montażu i implantacji opisany mikronapęd może być wykorzystywany do rejestracji aktywności zewnątrzkomórkowej przez okres do 10 tygodni.

Nasza procedura projektowania i montażu ewoluowała wraz z czasem w celu zmaksymalizowania łatwości użytkowania i zminimalizowania kosztów, dzięki czemu jest ona bardziej praktyczna i dostępna dla szerszego grona badaczy niż wiele wcześniej opublikowanych wersji. Przedstawiony tutaj kompletny mikroprzebieg składa się z kilku głównych komponentów: chassis, który służy jako nadbudowa napędu, silnika z precyzyjnie gwintowaną osią wyjściową, gwintowanego suwaka, który przenosi elektrody i zapewnia punkt połączenia elektrycznego, a także złącza noetics pokazanego również przy rurkach suwaka, elektrodach i prowadnicach elektrod.

Przesuwnik elektrody podwozia oraz rurki przesuwnika elektrody to niestandardowe komponenty, które zostały zaprojektowane w oprogramowaniu 3D CAD i wykonane przez lokalnego mechanika precyzyjnego. Wszystkie pozostałe elementy są dostępne w sprzedaży. Najpierw należy użyć obcinaczy bocznych do przycięcia pinów stykowych na spodzie złącza.

Przytnij tylny rząd pinów do 1,5 mm, a przedni rząd do 1 mm, zgodnie z przedstawionym schematem. Następnie ostrożnie zamocuj obudowę w małym imadle, otworami skierowanymi w dół, i za pomocą kleju cyjanoakrylowego przytwierdź do niej cztery 15 mm odcinki rurek poliamidowych w taki sposób, aby były one zrównane z tylną powierzchnią obudowy i zorientowane równolegle do siebie, jak pokazano tutaj. Po wyschnięciu kleju cyjanoakrylowego przytnij rurki poliamidowe do długości około 6 mm i usuń sekcje środkowe.

Pozostałe sekcje rurek powinny znajdować się w odległości około trzech milimetrów od dolnej krawędzi obudowy. Następnie należy nanieść żywicę epoksydową na obudowę, aby zbudować niewielki postument dla konektora. Umieść konektor na górze i dodaj dodatkową żywicę epoksydową wokół konektora.

Powierzchnia złącza powinna znajdować się kilka milimetrów powyżej rurek poliamidowych i być równoległa do powierzchni podwozia. Po całkowitym utwardzeniu żywicy epoksydowej należy wyjąć podwozie z imadła i przenieść je do uchwytu tak, aby powierzchnia przednia była skierowana do góry. Następnie należy przeprowadzić przewody silnika przez otwór w podwoziu i wsunąć silnik do rowka w podstawie.

Po upewnieniu się, że silnik i wał napędowy są równoległe do podwozia i ściśle przylegają do jego dna oraz boku, należy przykleić silnik do podwozia za pomocą żywicy epoksydowej. Po utwardzeniu żywicy należy obrócić podwozie tak, aby złącze było dostępne. Aby zmniejszyć naprężenia mechaniczne działające na silnik i przewody, należy nałożyć niewielką ilość szybkoutwardzalnej żywicy epoksydowej na przewody w miejscu, w którym wychodzą one z podwozia. Następnie należy przyciąć, zdjąć izolację i przylutować przewody do odpowiednich styków złącza.

Przetestuj silnik, aby upewnić się, że wał obraca się płynnie w obu kierunkach, a następnie przystąp do montażu prowadnicy elektrody. Najpierw sprawdź dopasowanie prowadnicy, ostrożnie nakładając ją na wał silnika i przesuwając ją w górę i w dół na całej długości wału napędowego przy niskiej prędkości.

Wózek powinien ściśle przylegać do chassis, nie może blokować się w napędzie, a wał silnika nie może przestać się obracać. Jeśli wózek nie przesuwa się płynnie wzdłuż wału, należy sprawdzić, czy na powierzchni chassis oraz śruby napędowej nie znajdują się zanieczyszczenia.

Usuń wszelkie zanieczyszczenia za pomocą precyzyjnej pęsety lub sprężonego powietrza, a następnie pokryj gwint niewielką ilością oleju mineralnego i ponownie sprawdź dopasowanie. Jeśli czółenko jest zbyt ciasne, użyj pęsety i drobnoziarnistego kamienia szlifnego do usunięcia przeszkadzającego materiału z boku czółenka. Należy dbać o to, aby materiał był usuwany równomiernie.

Na koniec, jeśli element przesuwny (shuttle) jest luźny, co objawia się pochylaniem i drżeniem podczas ruchu, przyklej niewielki pasek folii przezroczystej do elementu przesuwanego, aby wypełnić szczelinę między nim a powierzchnią podwozia. Po uzyskaniu odpowiedniego dopasowania zdejmij element przesuwny z wału i wciśnij rurkę ze stali nierdzewnej w każdy z czterech dużych otworów w elemencie przesuwnym, upewniając się, że rurki są wycentrowane na elemencie przesuwnym i że końce wszystkich czterech rurek są zlicowane, tak jak pokazano tutaj; nanieś niewielką kroplę kleju cyjanoakrylowego u podstawy każdej rurki, dbając o to, aby klej nie dostał się na krawędzie elementu przesuwanego ani do wnętrza rurek. Po wyschnięciu kleju nakręć gotowy element przesuwny elektrody z powrotem na wał napędowy i przesuń go całkowicie do podstawy gwintu.

Odetnij 4 odcinki rurki poliamidowej o długości 25 mm, które posłużą jako prowadnice elektrod. Dodatkowo odetnij cztery odcinki elektrod o długości 40 mm, które posłużą jako elektrody zastępcze podczas montażu. Nasuń każdy odcinek rurki na elektrodę zastępczą w taki sposób, aby elektroda wystawała poza koniec rurki o około 10 mm.

Następnie umieść każdą z poliamidowych rurek w obudowie, tak jak pokazano tutaj. Wymieszaj niewielką ilość masy szybkoschnącej i nanieś ją na odległość około dwóch milimetrów poniżej górnego końca elektrody, a następnie pozostaw do wyschnięcia. Następnie usuń elektrody zastępcze i przesuń wolne końce prowadnic elektrod tak, aby tworzyły ciasny pęczek na dnie układu napędowego.

W razie potrzeby owiń elektrody cienkim drutem, aby je ustabilizować. Następnie utrwal nową pozycję za pomocą szybkowiążącego gipsu, jak pokazano tutaj. Użyj ostrym skalpelem, aby przyciąć prowadnice rurek elektrod w miejscach, w których wystają poza spód mikronapędu.

Rurki te będą ostatecznie prowadzić elektrody do powierzchni mózgu, dlatego wybrana długość zależy od anatomii miejsca implantacji. Następnie odetnij odcinek izolowanego drutu platynowego o długości 30 milimetrów i usuń jeden milimetr izolacji z jednego końca. Następnie przylutuj go do jednego z pinów sygnałowych we wtyczce.

Następnie zgnij drut pod złączem i przesuń go przez jedną z prowadnic drutu. Naciągnij drut i wprowadź go do szczeliny prowadzącej w górnej części obudowy, tak aby suwak elektrody znajdował się na szczycie wału. Włóż 25 milimetrową elektrodę do rurki poliamidowej i przeciągnij ją w górę przez rurkę ze stali nierdzewnej.

W czółenku. Ustaw końcówkę elektrody tak, aby znajdowała się na równi z dolnym końcem rurki poliamidowej. Następnie przytnij elektrodę 1 mm powyżej rurki czółenka.

Za pomocą precyzyjnej pęsety usuń izolację z ostatnich dwóch milimetrów elektrody oraz z ostatnich dwóch milimetrów drucika platynowego. Przesuń elektrodę tak, aby jej końcówka znajdowała się na wysokości dna rurek prowadzących. Następnie wprowadź drucik platynowy do rurki przesuwy i połącz oba elementy, wsuwając do rurki przesuwy krótki, jedenmilimetrowy odcinek drucika wolframowego.

Upewnij się, że elektroda i drut ściśle do siebie przylegają, aby zapewnić zarówno połączenie mechaniczne, jak i elektryczne. Następnie przesuń czółenko w górę i w dół wzdłuż wału napędowego, aby sprawdzić, czy ruch pozostaje płynny. Po zainstalowaniu wszystkich elektrod w ten sam sposób, utnij odcinek drutu srebrnego o długości 30 mm do wykorzystania jako przewód uziemiający.

Zdejmij jeden milimetr izolacji z jednego końca i przylutuj go do pinu uziemienia, aby zmniejszyć tarcie elektrod o ścianki rurki prowadzącej. Nanieś kroplę lekkiego oleju mineralnego na końce rurek prowadzących i pozwól, aby siły kapilarne wciągnęły olej do wnętrza rurek. Następnie wytnij z folii przezroczystej prostokąt o wymiarach 12 mm na 25 mm i zegnij go w szeroki kształt litery U.

Użyj kleju, aby przymocować tę osłonę do zewnętrznych powierzchni obudowy. Następnie wytnij z folii przezroczystej prostokąt o wymiarach 15 mm na 6 mm. Użyj kleju cyjanoakrylowego, aby przymocować go wokół złącza, upewniając się, że dłuższa krawędź kawałka folii przezroczystej jest zlicowana z górną krawędzią złącza.

Gotowe urządzenie powinno wyglądać w ten sposób. Poniższe obrazy przedstawiają reprezentatywne rejestracje z jądra robustum obszaru AUM u zebrudy w trakcie zachowania. Pierwszy obraz pokazuje aktywność pojedynczych jednostek zarejestrowaną za pomocą elektrody platynowo-irydowej o rozmiarze 10 µm tydzień po implantacji.

Kolejny obraz przedstawia zapis z tej samej elektrody, której użyto w poprzednim obrazie, ale zarejestrowany około dziewięć tygodni później. Należy zwrócić uwagę na utrzymującą się wysoką jakość zapisu dzięki zastosowaniu elektrod o niskiej impedancji. Możliwa jest rejestracja stabilnej aktywności wielojednostkowej.

Ten końcowy obraz przedstawia aktywność wielojednostkową zarejestrowaną za pomocą platynowej elektrody o rezystancji jednego megaoma. Po opanowaniu procedury montażu, pełny montaż mikronapędu zajmuje około pięciu godzin, z wyłączeniem czasu schnięcia żywicy epoksydowej przy pierwszym budowaniu. Jednakże napęd można przygotować do ponownego użycia w czasie krótszym niż dwie godziny.