Projektowanie i produkcja ultralekkich, regulowanych sond wieloelektrodowych do zapisów elektrofizjologicznych u myszy

Ogólnym celem tej procedury jest zaprojektowanie i zbudowanie solidnego, ultralekkiego implantu z niezależnie regulowanymi elektrodami z dostępnych na rynku części, które można dostosować do dowolnego obszaru mózgu i można je łatwo skalować do stosowania u różnych gatunków małych zwierząt. Najpierw identyfikowany jest obszar mózgu będący przedmiotem zainteresowania i należy zmapować rozmieszczenie elektrod rejestrujących. Będzie to miało wpływ na konstrukcję korpusu napędu i dna dysku.

Drugim krokiem jest stworzenie korpusu napędu, w którym znajdą się poszczególne mikronapędy, a także górne elementy, które będą przenosić elektrody za pomocą solidnego oprogramowania roboczego. Następnie przygotowuje się dolną część zawierającą rurki prowadzące elektrody i stożek ekranujący. Ostatnim krokiem jest pełny montaż hipernapędu poprzez włożenie dolnej części do korpusu napędu, skonstruowanie indywidualnego mikronapędu, przymocowanie płytki interfejsu elektronicznego i załadowanie mikronapędów elektrodami.

Ostatecznie wszczepia się hipernapęd i można uzyskać pojedyncze nagrania jednostkowe z wielu obszarów mózgu. Ze względu na łatwość, z jaką hipernapęd może być dostosowywany i skalowany, przyniesie to korzyści wielu badaczom pracującym nad różnymi modelami zwierzęcymi. Tak więc posiadanie wytrzymałych, lekkich implantów pozwala nam uzyskać stabilny zespół neuronalny i swobodnie zachowujące się myszy podczas wykonywania zadań psychofizycznych.

Aby rozpocząć procedurę, zidentyfikuj obszar mózgu będący przedmiotem zainteresowania. W naszym przypadku jest to boczne jądro dżentelmena o współrzędnych AP od minus 2,3 do minus 2,7 milimetra. LGN jest najszerszy i ten obszar służy do projektowania dna dysku.

Otwórz oprogramowanie do pracy z bryłą i wybierz płaszczyznę przednią. Narysuj profil 2D napędu za pomocą funkcji szkicowania, który będzie zawierał kontury uchwytów podstawy napędu i poliamidowych półszczelin. Upewnij się, że kontur nie zawiera żadnych otwartych przerw.

Następnie wybierz zarówno przednią, jak i prawą płaszczyznę i kliknij utwórz oś. Następnie kliknij funkcję bazy obróconego doszefa. Wybierz niebieski profil 2D, a następnie obróć profil 2D wokół osi o 360 stopni.

Aby utworzyć podstawę napędu 3D, kliknij opcję Ślepa pod kierunkiem pierwszym i wprowadź 360 stopni jako kąt obrotu. Następnie utwórz jedną połówkę poliamidu, wybierając podświetlony kontur i używając funkcji obracania, aby obrócić kontur o 13 stopni wokół osi środkowej. Następnie wybierz kontur uchwytów i obróć go o 15 stopni wokół osi środkowej, aby utworzyć drugi uchwyt napędu.

Korzystając z funkcji szyku kołowego w menu funkcji, kliknij szyk kołowy i wybierz oś środkową jako oś obrotu. Wybierz 180 stopni jako kąt i dwa jako liczbę wystąpień i upewnij się, że pierwszy uchwyt jest wybrany w obszarze Elementy do ugrupowania, aby utworzyć 16 połówek poliamidu. Korzystając z funkcji szyku kołowego, wybierz pierwszą połówkę rowka z poliamidu jako cechy do wykonania wzoru.

Powtórz wzór 16 razy, wprowadzając 16 w liczbie wystąpień i 22,5 stopnia w kącie. Zdefiniuj nową płaszczyznę, klikając zakładkę płaszczyzny w obszarze geometria odniesienia. Wybierz dwie strony jednego z górnych szczelin z poliamidu, aby utworzyć nową płaszczyznę.

Ta płaszczyzna jest miejscem, w którym będzie się poruszał pojemnik. Naszkicuj okrągłe kontury otworu na i otworu z poliamidu na tej płaszczyźnie. W przypadku szyn zapobiegających momentowi obrotowemu należy zdefiniować linię środkową między dwiema stronami górnych szczelin z poliamidu.

Następnie narysuj szyny zapobiegające momentowi obrotowemu, tworząc dwa okręgi prostopadłe do linii środkowej, która wyśrodkowuje nasz promień od siebie, a następnie przycinając środkowe kontury, aby utworzyć gniazdo mikronapędu, w tym otwór na, otwór poliamidowy i szynę zapobiegającą momentowi obrotowemu. Kliknij na podstawę bossa wytłaczającego, aby utworzyć szynę zapobiegającą momentowi obrotowemu i wybierz wytłoczenie ślepe o długości 10 milimetrów w górę i dwóch milimetrów w dół. Następnie dodaj zaokrąglenia o średnicy 0,3 milimetra do krawędzi za pomocą funkcji zaokrąglenia.

Aby jeszcze bardziej zwiększyć wytrzymałość otworu na i otworu poliamidowego, kliknij wytłaczanie, wycinanie i wybieranie ślepego. Trzy milimetrowe nacięcia zarówno dla ruchu w dół, jak i kilka milimetrów w górę. Następnie ułóż gniazdo mikronapędu 16 razy, używając środka jako osi obrotu na górze uchwytu.

Narysuj ramkę o wymiarach trzy milimetry na trzy milimetry, zaczynając od środkowej końcówki uchwytu napędu skierowanej w stronę osi środkowej. Wyciśnij to dwa milimetry w górę. Korzystając z funkcji wytłaczania dodań, narysuj okręgi o średnicy jednego milimetra w miejscach, w których później zostaną wkręcone EIB.

Wykonaj 1,5-milimetrowe wycięcie wytłaczające, aby zrobić otwór. Następnie ułóż wzór pudełka i dwukrotnie otwórz. Korzystając z funkcji wzoru kołowego, wykonaj dodatkowe nacięcia wytłaczające w korpusie napędu, aby jeszcze bardziej zmniejszyć wagę, rysując wzór na przedniej płaszczyźnie i korzystając z funkcji wzoru kołowego.

Następnie narysuj szkic górnej części ze wskazanymi wymiarami w milimetrach. Następnie użyj podstawy dodania wyciągniętego, aby utworzyć jego model 3D. Dodaj zaokrąglenia o długości jednego milimetra do rogów za pomocą funkcji zaokrąglenia po zakończeniu projektowania napędu, korpus napędu i górne części można wydrukować za pośrednictwem większości usług drukowania 3D.

W tej procedurze ułóż mały kawałek taśmy dwustronnej na płaskiej powierzchni i pokrój rurki poliamidowe o rozmiarze 31 na około osiem centymetrowych kawałków. Następnie ułóż pierwszą warstwę rurek prowadzących jak najbliżej siebie na taśmie dwustronnej. Następnie nanieś niewielką ilość cienkiego kleju cyjanoakrylowego na warstwę poliimidów.

Następnie szybko ułóż drugą warstwę poliamidu. Następnie utwórz symbol zastępczy światłowodu za pomocą kaniuli o rozmiarze 26. Upewnij się, że kaniula jest nasmarowana smarem na bazie teflonu przed włączeniem do zespołu.

Następnie nałóż linię żywicy epoksydowej o grubości od czterech do pięciu milimetrów prostopadłą do wiązki poliamidu. Gdy żywica epoksydowa stwardnieje, po dwóch do trzech godzinach, usuń taśmę z dolnej warstwy i ponownie nałóż żywicę epoksydową po drugiej stronie. Po stwardnieniu żywicy epoksydowej ponownie wyjmij kaniulę o rozmiarze 26.

Wykonaj cięcie w środku za pomocą żyletki, aby wygenerować dwie matryce poliamidowe, z których każda może być używana do jednego hipernapędu. Teraz wydrukuj szablon stożka na arkuszu przezroczystego papieru i wytnij odpowiedni arkusz wytrzymałej folii aluminiowej. Nałóż warstwę żywicy epoksydowej na folię aluminiową, a następnie szybko nałóż przezroczysty papier za pomocą ciężkiego przedmiotu lub drewnianego kołka, wygładź żywicę epoksydową tak, aby była równomiernie rozprowadzona.

Następnie wytnij szablon stożka i zaciśnij go razem za pomocą zacisku krokodylkowego. Na koniec użyj kolejnej odrobiny żywicy epoksydowej, aby trwale przymocować elementy do montażu mikronapędu. Najpierw przymocuj EIB do korpusu napędu za pomocą dwóch.

Następnie ponownie włóż kaniulę o rozmiarze 26 przez matrycę rurki prowadzącej z poliamidu. Wyrównaj matrycę poliamidową z korpusem napędu za pomocą otworu światłowodowego w EIB, aby upewnić się, że rury prowadzące są prostopadłe do EIB. Następnie przymocuj matrycę do korpusu napędu za pomocą żywicy epoksydowej i upewnij się, że żadna żywica epoksydowa nie dostanie się do rur prowadzących ani do korpusu napędu.

Na koniec nadmiar żywicy epoksydowej jest usuwany za pomocą dremelu, a następnie mapuje każdą rurkę prowadzącą w matrycy poliamidowej do odpowiedniego wspornika na wewnętrznej ścianie korpusu napędu. Wsuń mały pierścień z poliamidu o rozmiarze 33 na każdą rurkę prowadzącą i do wspornika. Następnie nałóż niewielką ilość kleju cyjanoakrylowego, aby przymocować każdą rurkę prowadzącą.

Na koniec przymocuj całe urządzenie do wewnętrznej ścianki korpusu napędu za pomocą żywicy epoksydowej i przytnij poliamid tak, aby wystawał tuż nad wewnętrzną wargę. Następnie zbuduj zespół mikronapędu, przepuszczając jedną z niestandardowych przez środkowy otwór górnego elementu, a następnie jedną z pięciu sprężyn milimetrowych. Nasuń zewnętrzny otwór górnej części na jedną z szyn i delikatnie wkręć.

Następnie wkręcaj, aż sprężyna osiągnie minimalną długość ściśniętą. I powtórz ten proces dla każdego mikronapędu szynowego. Następnie odwróć układ napędowy do góry nogami i zwróć uwagę na układ matrycy rury prowadzącej.

Jest on później używany do mapowania położenia rury prowadzącej odpowiadającej każdemu mikronapędowi. Następnie zapisz tożsamość odpowiedniego mikronapędu. Teraz włóż rurkę z poliamidu IDE do każdej rury prowadzącej od spodu podstawy napędu.

Niech rura nośna wystaje od jednego do dwóch milimetrów od góry całkowicie opuszczonego mikronapędu. Następnie zapisz tożsamość odpowiedniego mikronapędu. Na zdjęciu.

Przymocuj rurkę poliamidową do wspornika mikronapędu za pomocą żywicy epoksydowej, uważając, aby nie przechodziła przez mikronapęd na sprężynę lub. Następnie odetnij wszystkie rurki poliamidowe na wysokości łba z mikronapędem i wyrównaj z dolną częścią matrycy poliimidowej. Następnie zamontuj EIB do podstawy napędu za pomocą dwóch.

W tym momencie układ napędowy jest gotowy do załadowania stereofonicznymi TRO lub teros. Po załadowaniu odwróć napęd i ostrożnie opuść stożek ekranujący nad napędem, tak aby tylko dolna część wystawała, przymocuj stożek ekranujący, mocując stożek do korpusu napędu za pomocą żywicy epoksydowej. Po zamocowaniu stożka zdejmij mały kawałek drutu ze stali nierdzewnej i przypnij go do EIB.

Zdrap wewnętrzną aluminiową część stożka igłą i zmielić drut stalowy do stożka za pomocą srebrnej farby. Po wyschnięciu srebrnej farby wzmocnij ją odrobiną żywicy epoksydowej. Oto obraz swobodnie poruszającej się myszy z wszczepionym hipernapędem.

A to są przykłady dwóch jednoosobowych nagrań przebiegów z tej myszy. Pokazany tutaj jest przekrój koronalny mózgu myszy podkreślający boczne jądro narządzacza, w którym niektóre elektrody zostały obniżone. A oto przykład histogramów czasowych bodźca para dwóch neuronów LGN dostosowanych do stymulacji wzrokowej.

Oto sekcja koronalna podkreślająca hipokamp, w którym opuszczono kolejny zestaw elektrod. Przykład rejestracji potencjału lokalnego pola tętnienia hipokampa pokazano tutaj: Przy odpowiednim doświadczeniu nowy hipernapęd można zmontować w ciągu jednego dnia. Napędy opracowane w tej procedurze mogą być łączone z innymi technikami, takimi jak optogenetyka, w celu stymulacji i rejestrowania ze zidentyfikowanych subpopulacji neuronów.