Budowa i implementacja układów mikroelektrod z włókna węglowego do przewlekłych i ostrych nagrań in vivo

Opisana tutaj konstrukcja laboratoryjna jest jedną z niewielu obecnie dostępnych technologii elektrod, które umożliwiają zapisy z gęstych skupisk neuronów i śledzenie wielu z tych neuronów w czasie. Układy mikroelektrod z włókna węglowego są niedrogie w budowie. Są małe, biokompatybilne i poruszają się wraz z mózgiem, co pozwala na zdrowe i stabilne nagrania.

Włókna węglowe są niezwykle cienkie i początkowo bardzo trudno je dostrzec. Jednak po kilku dniach pracy z nimi stają się łatwiejsze do manipulowania. Na początek połóż kawałek taśmy dwustronnej na dwóch długich bokach kasety, wyrównując krawędź taśmy z wewnętrzną krawędzią kasety.

Aby przygotować narzędzie do manipulacji włóknem węglowym, owiń mały kawałek folii samoprzylepnej wokół igły o rozmiarze 30, aby utworzyć ostry, ale elastyczny punkt z folią. Następnie oddziel poszczególne włókna od upieczonego wiązki i ułóż je równolegle do krótszego boku kasety, zachowując odległość od dwóch do trzech milimetrów. Po upewnieniu się, że na każdej kasecie znajduje się od 20 do 30 włókien, uszczelnij włókna na miejscu, kładąc przezroczystą taśmę na podwójnej taśmie klejącej i umieść napełnione kasety w uchwycie kasety.

Aby zmontować układ mikroelektrod z włókna węglowego, zacznij przepuszczać każdy przewód uziemiający przez odpowiedni kanał na końcu złącza przyrządu i kontynuuj, aż dwa końce zrównają się długością. Następnie skręć je razem, aby zabezpieczyć je na przyrządzie. Nałóż cement dentystyczny utwardzany promieniami UV, aby zabezpieczyć drut, upewniając się, że cement dentystyczny nie dostanie się do otwartego kanału, przez który podawany jest drut.

Użyj różdżki utwardzającej UV, aby utwardzić cement dentystyczny przez 20 sekund i wyrównaj przyrząd i imadło tak, aby koniec łącznika, umywalka i końcówka lejka były widoczne. Następnie ustaw przyrząd tak, aby lejek był skierowany w stronę przeciwną do użytkownika, a łącznik kończył się w stronę użytkownika. Następnie wsuń końcówkę igły o rozmiarze 25 do kasety w miejscu potencjalnego usunięcia włókna i wytnij pojedyncze włókno węglowe z kasety.

Przytrzymaj świeżo odcięty wolny koniec włókna za pomocą narzędzia z włókna węglowego i za pomocą igły odetnij drugi koniec włókna od kasety. Następnie ponownie użyj narzędzia z włókna węglowego, aby podnieść włókno węglowe tak, aby jeden koniec znajdował się około jednego centymetra długości od narzędzia. Użyj narzędzia z włókna węglowego dołączonego do włókna, aby przeciągnąć krótszy koniec włókna przez lejek ze środkowej miski przyrządu.

Kontynuuj podawanie włókna przez lejek jigowy, aż większość długości włókna zostanie przeprowadzona. Przeprowadź tylną część włókna przez dostępny kanał za pomocą narzędzia z włókna węglowego. Kontynuuj karmienie przez plecy, aż około pięciu milimetrów włókna zacznie wystawać lub przyciąć na wymiar, jeśli to konieczne.

Aby usunąć izolację na końcu złącza, użyj standardowej zapalniczki z kołem zapłonowym, aby przepuścić płomień przez odsłonięte włókna, a następnie przeprowadź płomieniowane włókno przez przyrząd tak, aby część płomieniowanego włókna znajdowała się teraz w kanale, upewniając się, że żadne włókna nie wystają z tyłu przyrządu. Nałóż cement dentystyczny utwardzany promieniami UV na włókna umywalki przyrządu, aby wypełnić całą umywalkę, zakrywając otwory obu kanałów i lejka. Po wyjęciu przyrządu z imadła i ustawieniu go tak, aby lejek był skierowany w dół, zabezpiecz przyrząd końcem łącznika skierowanym do góry.

Napełnij igłę srebrnym nadrukiem i ostrożnie włóż igłę do jednego kanału, aż zostanie zatrzymana przez cement dentystyczny. Aby wypełnić kanał farbą, powoli wciśnij strzykawkę, jednocześnie wyjmując igłę z kanału, a następnie zanurz aplikator z bawełnianą końcówką w rozcieńczalniku do farb i oczyść podstawę powierzchni przyrządu z dowolnej farby. Teraz włóż złącze stopnia czołowego we właściwej orientacji, wyrównując styki z kanałami.

Gdy łącznik stopnia głównego jest ustawiony prosto, pionowo i jest jak najbardziej przylegający do przyrządu, przymocuj łącznik stopnia głowicy do przyrządu, nakładając cement dentystyczny wzdłuż krawędzi, w której łącznik stopnia głowicy styka się z przyrządem, a następnie utwardzaj UV przez 20 sekund. Aby przyciąć końcówkę elektrody na żądaną długość, opuść elektrodę do zlewki z wodą dejonizowaną lub destylowaną, aż końcówka lejka zostanie całkowicie zanurzona i utrzymana normalnie względem powierzchni. Teraz połącz ze sobą poszczególne włókna węglowe, wyjmując elektrodę z wody.

Ułóż elektrodę tak, aby włókna leżały równo na powierzchni prowadzącej i przytnij włókna na żądaną długość za pomocą skalpela w ruchu tocznym, a następnie przymocuj elektrodę do testera impedancji wieloelektrodowej za pomocą odpowiedniego adaptera i przetestuj impedancję. Teraz opuść końcówkę elektrody o około dwa milimetry do probówki mikrowirówki o masie 0,1 mola PBS i włóż przewód uziemiający do probówki mikrowirówki. Aby zmniejszyć impedancję końcówki elektrody, wstrzyknij prąd dodatni o wybranej amplitudzie i czasie trwania, a następnie przepłucz włókna w wodzie dejonizowanej lub destylowanej w celu oczyszczenia.

Następnie, aby wykonać galwanizację w roztworze do złocenia, opuść końcówkę wiązki elektrod na około dwa milimetry do rurki mikrowirówki w mieszaninie galwanicznej i włóż przewód uziemiający do probówki mikrowirówki. Następnie ustaw odpowiednie parametry do galwanizacji. Po galwanizacji dokładnie spłucz włókna wodą dejonizowaną lub destylowaną.

Reprezentatywny obraz SEM przygotowanego włókna węglowego wykazał roztwór złocenia skoncentrowany na końcówce. Galwanizacja włókien w złocie spowodowała zmniejszenie impedancji odpowiednich do nagrania. Wartości impedancji z 300 kanałów po wstępnym cięciu, wtrysku dodatniego prądu i galwanizacji wykazały zmniejszone wartości impedancji po każdym etapie obróbki.

Umiarkowany czas galwanizacji złotem spowodował małe i zaokrąglone osady na końcówkach wiązki włókna węglowego. Ponadto przeanalizowano stabilną 64-kanałową aktywność elektrofizjologiczną w korze zaśledziony swobodnie zachowującego się dorosłego samca myszy. Wyniki wykazały spójność jakości nagrywania, solidną detekcję pojedynczej jednostki, spójność w czasie, o czym świadczą nieznormalizowane przebiegi szczytowe, oraz stabilny poziom szumów.

Również napięcie surowe śledzone 11 miesięcy po implantacji wykazało silny potencjał pola lokalnego. Reprezentatywny przykład ostrego 16-kanałowego zapisu mikroelektrod z włókna węglowego uzyskanego z pierwszorzędowej kory wzrokowej dorosłej samicy fretki jest również pokazany tutaj. Układy mikroelektrod z włókna węglowego umożliwiają krótkotrwałe lub przewlekłe rejestrowanie pobliskich neuronów w mózgu przez długi czas, co jest niezbędne do zrozumienia obwodów neuronalnych.