Micro-drive Array para Crônica In vivo: Fabricação Unidade

Este vídeo abordará a montagem de um conjunto leve de microacionadores com 21 microacionadores acionados por parafuso ajustáveis independentemente. Cada microacionador controla a posição de gravação de um único eletrodo. Os microacionadores são montados em uma base plástica projetada por computador que os estabiliza em relação ao crânio do animal em movimento e agrupa os eletrodos em um padrão densamente compactado, capaz de passar por uma pequena craniotomia até o cérebro.

A base também suporta uma placa de interface de eletrodo para a conexão com os instrumentos de gravação, o que permite que o animal seja convenientemente conectado e desconectado no início e no fim de um experimento. Um cone de plástico preso à base protege as microplataformas e os eletrodos dos elementos na gaiola do rato. Olá, sou Faia Postman do laboratório de Matt Wilson no Instituto PIKA para Aprendizado e Memória do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.

Hoje vamos mostrar um protocolo para fabricar uma dessas matrizes de microeletrodos. Em nosso laboratório, utilizamos essas matrizes de microeletrodos para registrar a atividade de uma grande população de neurônios no cérebro de ratos, por exemplo, do córtex ou do hipocampo. Primeiro, vamos mostrar como projetamos nossa matriz de microeletrodos.

Em seguida, iremos para o workshop, onde Steve e Stewart nos mostrarão como processar as matérias-primas e como montá-las em um dispositivo plenamente funcional. Então, vamos começar. A base plástica é projetada utilizando um software de design assistido por computador e é fabricada por meio de um processo de impressão 3D de baixo custo.

Também modelamos todos os outros componentes do conjunto de microdrives. Isso permite controlar cuidadosamente o tamanho e o peso da microdrive pronta. Na parte superior da base de plástico há dois anéis de furos que receberão as microdrives individuais.

O modelo 3D é enviado para uma empresa especializada que constrói o design a partir de uma resina curável por laser utilizando estereolitografia. Isso deve levar apenas alguns dias, e a peça resultante é leve e reutilizável. Assim que a peça chega da empresa especializada, precisamos prepará-la para uso.

Então vamos para a oficina. O processo de impressão 3D não consegue imprimir com confiança furos pequenos, portanto especificamos furos de diâmetro menor em nossos modelos. Em seguida, perfure e rosqueie os furos até o tamanho necessário na oficina.

Três brocas de tamanhos diferentes são usadas para preparar a base de plástico: uma broca número 61, uma broca número 65 e uma broca de 1,55 milímetro no anel externo da base. Use uma furadeira manual com uma broca número 61 em velocidades muito baixas para preparar os furos piloto onde posteriormente os parafusos da microplataforma serão inseridos. Em seguida, prepare os furos para os tubos de suporte da microplataforma que entram na base, alargando esses furos com uma broca número 65.

Usando a broca maior de 1,55 milímetro, alargue os furos que fixarão a base à placa de interface do eletrodo e ao cone protetor. Para garantir um movimento suave na microplataforma, insira uma luva de aço inoxidável nos furos do anel interno. Cada luva deve ser pressionada com um alicate até ficar nivelada com a parte superior da base.

Agora é necessário roscar os furos piloto dos parafusos. Use uma chave de broca para segurar o macho e aplique um lubrificante seco antes de roscar. Alinhe o macho verificando se ele está paralelo a um tubo de calibre 23 que você insere temporariamente na luva vizinha.

Os orifícios que fixam a placa de interface e o cone protetor precisam ser roscados. Rosqueie manualmente esses orifícios da mesma maneira. O design baseado em plástico apresenta um guia de rosqueamento em cada orifício piloto para parafuso, garantindo que as roscas iniciais não sejam danificadas durante o processo de rosqueamento.

Após todos os furos piloto serem roscados, esses iniciadores de rosca podem ser facilmente removidos com uma lâmina de barbear. Os eletrodos são guiados em direção a um único local na base do drive por meio de vários tubos guia elétricos.

Primeiro, precisamos fabricar a cânula coletora que irá acomodar todos os tubos guia eletrofisiológicos. A cânula coletora é feita a partir de um pedaço de tubo de aço inoxidável com 1,5 centímetro de comprimento. A cânula coletora será fixada com cimento dental.

Para melhorar a adesão, lixe cuidadosamente o tubo utilizando uma mola de desbaste Dremel e insira esta cânula na parte inferior da base plástica. Posicione-a de modo que cinco a sete milímetros da cânula permaneçam fora do conjunto do microdrive. Para facilitar a implantação cirúrgica, fixe a cânula coletora na parte inferior da base plástica.

Com acrílico dental, deixe curar por pelo menos 15 minutos. Agora, prepare os tubos-guia cortando 21 pedaços de poliamida com uma lâmina de barbear. Inicie este passo introduzindo os 21 tubos-guia no cânula coletora na parte inferior da base do drive.

Isso garantirá que os tubos estejam todos paralelos entre si. Se os tubos no feixe estiverem muito soltos ou apertados, você pode começar com menos tubos ou adicionar tubos extras conforme necessário. Agora, remova cada tubo-guia um de cada vez e insira-o em uma das mangas na parte superior do acionador.

Passe o tubo através da abertura deixada no feixe de tubos. Inspecione os tubos-guia em busca de dobras ou curvas acentuadas e substitua conforme necessário. Ajuste a posição de cada tubo-guia para que se estenda de um a dois milímetros acima do topo da luva.

Agora, adicione uma pequena gota de cola sano acro lake fina na parte inferior da cânula coletora. Tenha muito cuidado para não deixar a cola fluir para dentro dos tubos-guia. Em seguida, use uma lâmina de barbear nova para cortar o excesso de tubo na parte inferior da cânula coletora.

Verifique em um estereoscópio se os tubos estão cortados de forma uniforme e alinhados com a cânula. Cada eletrodo é avançado por seu próprio microacionador, portanto precisamos fabricar 21 microacionadores e, em seguida, inseri-los na base plástica. Cada microacionador é composto por um parafuso personalizado e um tubo de suporte oco, que são fixados um ao outro.

Com a resina acrílica dental, o eletrodo passará através do tubo de suporte. O parafuso possui uma parte não roscada com uma pequena borda que é embutida na resina acrílica dental e permite que o parafuso gire livremente dessa maneira. Ao girar o parafuso na base plástica, o eletrodo avança ou retrai.

A cabeça do parafuso tem formato de um semicilindro. Antes de podermos fabricar as microplataformas, precisamos fazer uma chave de fenda para girar nossos parafusos personalizados. Nossa chave de fenda improvisada é construída tomando-se um parafuso personalizado e desgastando completamente o rebordo que envolve a cabeça em forma de semicilindro.

Insira a cabeça do parafuso para fora em um tubo de 15 gauge com cinco centímetros de comprimento até que esteja totalmente encapado. Agora, amasse o tubo ao redor das roscas do parafuso, fixando-o no tubo e impedindo que gire. Fixe uma mini broca para atuar como cabo e pronto, um chave de fenda.

O microdrive é fabricado moldando acrílico odontológico ao redor do parafuso e do tubo de suporte. Os moldes que utilizamos são de plástico impresso em 3D, assim como a base plástica, e possuem furos na parte inferior que mantêm o parafuso e o pino de suporte alinhados enquanto despejamos o acrílico no molde. Primeiro, precisamos preparar o molde: limpar o furo do tubo de suporte usando uma agulha de calibre 23, limpar o furo do parafuso e criar roscas utilizando um macho de rosca.

Este é o mesmo procedimento que acabamos de utilizar na base de plástico. Agora o molde está pronto para ser usado na fabricação de microeletrodos. Forre o molde com um lubrificante à base de teflon para evitar que a resina acrílica adere ao molde.

Lixe os dois a três milímetros superiores de um pino de sustentação de aço inoxidável de 23 gauge e 14 milímetros de comprimento com uma mola de desbaste para que ele seja firmemente fixado na profundidade do acrílico. Insira o pino de sustentação no orifício menor do molde de modo que a parte superior do pino fique acima da parte superior do poço. Aplique uma fina camada de lubrificante à base de teflon em um parafuso e insira-o no orifício roscado até que as roscas fiquem logo abaixo da base do poço.

Agora, misture um pouco de acrílico dentário e despeje-o dentro do molde. Certifique-se de que ele penetre em todos os recantos e frestas. Uma agulha pode ajudar a remover bolhas de ar depois que o acrílico endurecer.

Você pode remover o microdrive desparafusando o parafuso. Faça uma verificação rigorosa de qualidade. Não deve haver rachaduras ou bolhas no acrílico.

O poste e os parafusos devem estar paralelos e incapazes de se mover lateralmente. Os parafusos devem girar suavemente, mas sem folga; quaisquer micromotores defeituosos devem ser desmontados e as peças reaproveitadas. Repita este processo até obter 21 micromotores bons.

Se o molde possuir múltiplas cavidades, você poderá fabricar os microacionadores em lotes para economizar tempo. Alinhe cuidadosamente cada microacionador com um par de orifícios na base de plástico. Encaixe o tubo de suporte do microacionador sobre o tubo guia de politetrafluoretileno e dentro da luva metálica, utilizando a chave de fenda para avançar o parafuso do microacionador.

Isso pode ser complicado. Observe atentamente o centro da base para garantir que o tubo-guia não fique preso em uma dobra enquanto o microdrive é abaixado. Uma vez que todos os microdrives estejam no lugar e completamente abaixados, uma pequena quantidade de acrílico é depositada no centro do drive para fixar o feixe de tubos-guia em posição.

Deixe a resina acrílica curar por 15 minutos. Uma vez que o acrílico estiver seco, para retrair cada microdrive cerca de três milímetros, crie um esquema em vista superior dos microdrives e atribua a cada microdrive um nome ou número único. Agora, observando pelo estereoscópio, vire o conjunto de cabeça para baixo e tire uma foto da parte inferior da cânula coletora e dos tubos-guia.

Faça uma impressão da imagem que possa ser usada como referência nas etapas seguintes. Em seguida, com o drive virado de cabeça para baixo, insira um tubo condutor estreito de poliamida em cada tubo guia até que ele saia pela parte superior de um microdrive. Anote na fotografia qual tubo guia corresponde a qual microdrive.

O tubo suporte protegerá e dará sustentação aos delicados fios dos eletrodos posteriormente. Ele passa através do microdrive. Estenda cada tubo suporte até que fique um centímetro acima do topo do tubo de suporte do microdrive e, em seguida, cole o tubo suporte ao tubo de suporte com epóxi de cinco minutos ou cola espessa de sano acro lake.

Seja muito cuidadoso com esta etapa. Se a cola escorrer para dentro do tubo de suporte, ela poderá fixar o tubo de suporte ao tubo guia estacionário, danificando esse micromotor. Esta é a razão pela qual elevamos os micromotores antes de inserir os tubos portadores.

Depois que todos os tubos suporte estiverem colados no lugar, abaixe completamente os microacionadores novamente e corte todos os tubos suporte de modo que fiquem nivelados com a base do acionador, utilizando uma lâmina de barbear nova. Em seguida, corte os tubos suporte um a dois milímetros acima do topo do microacionador usando tesoura afiada. Por fim, coloque a placa de interface dos eletrodos sobre a base do acionador e fixe-a com dois parafusos.

Neste momento, o conjunto de drives está pronto para ser carregado com eletrodos e nossos experimentos. Normalmente utilizamos eletrodos de microwires de quatro canais chamados tetros, mas qualquer tipo de eletrodo pode ser usado. A fabricação dos tetros, como carregá-los nos microdrives e como preparar o conjunto de drives para implantação cirúrgica são abordadas em outros vídeos do JoVE.

Este protocolo pode ser seguido diretamente ou modificado para atender às suas necessidades. Por exemplo, alguns pesquisadores precisarão de parafusos mais longos para registrar estruturas cerebrais mais profundas. Outros podem desejar projetar uma montagem que direcione mais de uma localização cerebral.

O design também pode ser miniaturizado para uso em animais menores, como camundongos, com modificações um pouco mais acentuadas; nesses casos, podem ser utilizados microdrives motorizados, que permitem o ajuste remoto das posições dos eletrodos. Acabamos de mostrar como projetar e fabricar uma matriz de microdrives que pode ser implantada na cabeça de uma rata e permite registrar atividade de grandes populações de neurônios enquanto o animal está em movimento. Ao realizar este procedimento, é importante lembrar-se de roscar cuidadosamente os orifícios na base de plástico para que os parafusos dos microdrives não deslizem.

Realize uma verificação rigorosa da qualidade dos microeletrodos fabricados. Certifique-se de que o parafuso e o tubo de suporte estejam paralelos e que o parafuso gire suavemente, sem folga. Tenha cuidado ao usar cola ou acrílico dentário para não entupir acidentalmente nenhum dos tubos.

Por fim, lembre-se de que, para concluir o arranjo MyDrive e antes de realizar a cirurgia, você precisará fabricar tetrodos e baixa dose dentro do drive. Isso é abordado em outro artigo em vídeo do Job. É isso aí.

Obrigado por assistir e boa sorte com seus experimentos.