Projeto e fabricação de Ultraleve Peso, ajustável Sondas Multi-eletrodo para gravações eletrofisiológicas em Ratos

O objetivo geral deste procedimento é projetar e construir um implante robusto e ultraleve com eletrodos ajustáveis independentemente a partir de peças disponíveis comercialmente que podem ser personalizados para atingir qualquer região do cérebro e seriam facilmente dimensionados para uso em uma variedade de espécies de pequenos animais. Primeiro, a região cerebral de interesse é identificada e o arranjo dos eletrodos de registro precisa ser mapeado. Isso determinará o design do corpo da unidade e da parte inferior da unidade.

O segundo passo é criar o corpo da unidade para abrigar as micro unidades individuais, bem como as peças superiores, que transportarão os eletrodos usando um software de trabalho sólido. Em seguida, a peça inferior contendo os tubos-guia para os eletrodos e um cone de blindagem são preparados. A etapa final é montar totalmente o hiperdrive inserindo a peça inferior no corpo da unidade, construindo a micro unidade individual, conectando a placa de interface eletrônica e carregando as microunidades com eletrodos.

Em última análise, o hiperdrive é implantado e gravações de unidade única de várias regiões do cérebro podem ser obtidas. Devido à facilidade com que o hiperpropulsor pode ser personalizado e dimensionado, ele beneficiará o número de pesquisadores que trabalham em uma variedade diferente de modelos animais. Portanto, ter implantes robustos e leves nos permite obter gravações de conjunto neuronal estáveis e camundongos que se comportam livremente durante a execução de tarefas psicofísicas.

Para iniciar o procedimento, identifique a região cerebral de interesse. No nosso caso, é o núcleo gent lateral nas coordenadas AP menos 2,3 a menos 2,7 milímetros. O LGN é o mais largo e essa região é usada para projetar a parte inferior da unidade.

Abra o software de trabalho sólido e selecione o plano frontal. Desenhe o perfil 2D da unidade usando a função de esboço, que incluirá os contornos das alças da base da unidade e meias ranhuras de poliamida. Certifique-se de que o contorno não contenha lacunas abertas.

Em seguida, selecione os planos frontal e direito e clique em criar eixo. Em seguida, clique na função base do chefe revolvido. Selecione o perfil 2D azul e, em seguida, gire o perfil 2D em torno do eixo em 360 graus.

Para criar a base da unidade 3D, clique em cego na direção um e insira 360 graus como o ângulo de rotação. Depois disso, crie um meia ranhura de poliamida selecionando o contorno destacado e usando a função de revolução para girar o contorno em 13 graus em relação ao eixo central. Em seguida, selecione o contorno das alças e gire-o em 15 graus em torno do eixo central para criar a segunda alça de acionamento.

Usando a função de padrão circular no menu de recursos, clique em padrão circular e escolha o eixo central como o eixo de revolução. Selecione 180 graus como o ângulo e dois como o número de instâncias e certifique-se de que a primeira alça esteja selecionada em recursos para padronizar para criar 16 meias ranhuras de poliamida. Usando a função de padrão circular, selecione a primeira meia ranhura de poliamida como recursos para padronizar.

Repita o padrão 16 vezes inserindo 16 no número de instâncias e 22,5 graus no ângulo. Defina um novo plano clicando na guia plano em geometria de referência. Selecione os dois lados de uma das ranhuras superiores de poliamida para criar um novo plano.

Este plano é onde o receptáculo irá. Esboce os contornos circulares para o orifício do parafuso e o orifício de poliamida neste plano. Para os trilhos anti-torque, defina uma linha central entre os dois lados das ranhuras superiores de poliamida.

Em seguida, desenhe os trilhos anti-torque criando dois círculos perpendiculares à linha central que centraliza nosso raio e, em seguida, apare os contornos do meio para criar o receptáculo do micro drive, incluindo o orifício do parafuso, o orifício da poliamida e o trilho anti-torque. Clique na base da saliência de extrusão para criar o trilho anti-torque e escolha uma extrusão cega de 10 milímetros para cima e dois milímetros para baixo. Em seguida, adicione filetes de 0,3 milímetros às bordas usando a função filete.

Para aumentar ainda mais a resistência do orifício do parafuso e do orifício de poliamida, clique em extrudar, cortar e escolha cego. Cortes de três milímetros para ambos descendo e alguns milímetros subindo. Em seguida, padronize o receptáculo do micro drive 16 vezes usando o centro como eixo de revolução na parte superior da alça.

Desenhe uma caixa de três milímetros por três milímetros começando na ponta central da alça de acionamento voltada para o eixo central. Faça a extrusão desses dois milímetros para cima. Usando a função de ressalto de extrusão, desenhe círculos de um milímetro de diâmetro nos locais em que os parafusos EIB serão colocados posteriormente.

Faça um corte de extrusão de 1,5 milímetro para fazer um furo. Em seguida, padronize a caixa e fure duas vezes. Usando a função de padrão circular, faça cortes de extrusão adicionais no corpo da unidade para reduzir ainda mais o peso desenhando um padrão no plano frontal e usando a função de padrão circular.

Depois disso, desenhe um esboço da peça superior com as dimensões indicadas em milímetros. Em seguida, use a base da saliência de extrusão para fazer um modelo 3D dela. Adicione filetes de um milímetro aos cantos usando a função de filete quando o design da unidade estiver concluído, o corpo da unidade e as peças superiores podem ser impressos na maioria dos serviços de impressão 3D.

Neste procedimento, coloque um pequeno pedaço de fita dupla-face em uma superfície plana e corte os tubos de poliamida de calibre 31 em pedaços de aproximadamente oito centímetros. Em seguida, coloque a primeira camada de tubos-guia o mais próximo possível um do outro na fita dupla-face. Em seguida, passe uma pequena quantidade de cola fina de cianoacrilato sobre a camada de poliimidas.

Em seguida, coloque rapidamente uma segunda camada de poliamida. Depois disso, crie um espaço reservado de fibra óptica usando uma cânula de calibre 26. Certifique-se de que a cânula seja lubrificada com um lubrificante à base de Teflon antes de ser incorporada ao conjunto.

Em seguida, aplique uma linha de epóxi de quatro a cinco milímetros perpendicular ao feixe de poliamida. Assim que o epóxi endurecer, após duas a três horas, remova a fita da camada inferior e reaplique o epóxi do outro lado. Depois que o epóxi endurecer, remova novamente a cânula de calibre 26.

Faça um corte no meio usando uma lâmina de barbear para gerar duas matrizes de poliamida, cada uma das quais pode ser usada para um hiperdrive. Agora, imprima o modelo de cone em uma folha de papel transparente e corte uma folha correspondente de papel alumínio resistente. Aplique uma camada de epóxi na folha de alumínio e, em seguida, aplique rapidamente o papel transparente usando um objeto pesado ou um pino de madeira, alise o epóxi para que fique uniformemente distribuído.

Em seguida, corte o modelo de cone e prenda-o usando um clipe jacaré. Por fim, use outro pouco de epóxi para fixar permanentemente as peças para montar o micro drive. Primeiro, prenda o EIB ao corpo da unidade usando dois parafusos.

Em seguida, reinsira a cânula de calibre 26 através da matriz do tubo guia de poliamida. Alinhe a matriz de poliamida com o corpo do inversor usando o orifício de fibra óptica no EIB para garantir que os tubos-guia estejam perpendiculares ao EIB. Depois disso, prenda a matriz ao corpo da unidade com epóxi e certifique-se de que nenhum epóxi flua para os tubos-guia ou para o corpo da unidade.

Finalmente, o excesso de epóxi é removido usando uma dremel depois que mapeia cada tubo guia na matriz de poliamida para um suporte correspondente na parede interna do corpo da unidade. Deslize um pequeno anel de poliamida de calibre 33 sobre cada tubo guia e no suporte. Em seguida, aplique uma pequena quantidade de cola de cianoacrilato para fixar cada tubo guia.

Por fim, prenda todo o aparelho à parede interna do corpo da unidade com epóxi e corte a poliamida de forma que se projete logo acima do lábio interno. Em seguida, construa um conjunto de micro drive colocando um dos parafusos personalizados no orifício central de uma peça superior, seguido por uma das molas de cinco milímetros. Deslize o orifício externo da peça superior sobre um dos trilhos e aperte suavemente o parafuso.

Em seguida, aperte o parafuso até que a mola atinja seu comprimento mínimo comprimido. E repita esse processo para cada micro acionamento ferroviário. Depois, vire a matriz de acionamento de cabeça para baixo e observe a disposição da matriz do tubo guia.

É usado posteriormente para mapear a localização do tubo guia correspondente a cada micro drive. Em seguida, registre a identidade da micro unidade correspondente. Agora insira um tubo poli IDE em cada tubo guia a partir da parte inferior da base da unidade.

Deixe o tubo transportador se estender de um a dois milímetros a partir da parte superior do micro drive totalmente abaixado. Em seguida, registre a identidade da micro unidade correspondente. Na fotografia.

Prenda o tubo de poliamida ao suporte do micro drive com epóxi, tomando cuidado para não deixá-lo passar pelo micro drive na mola ou parafuso. Em seguida, corte todos os tubos de poliimida na altura da cabeça do parafuso de micro acionamento e nivele na parte inferior da matriz de poliimida. Em seguida, monte o EIB na base da unidade usando dois parafusos.

Neste ponto, a matriz de unidade está pronta para ser carregada com TROs ou teros estéreo. Após o carregamento, inverta o acionamento e abaixe cuidadosamente o cone de blindagem sobre o acionamento de modo que apenas a peça inferior se projete, fixe o cone de blindagem prendendo o cone ao corpo do inversor com epóxi. Depois que o cone estiver conectado, descasque um pequeno pedaço de fio de aço inoxidável e prenda-o no EIB.

Raspe a parte interna de alumínio do cone com uma agulha e aterre o fio de aço ao cone usando tinta prateada. Depois que a tinta prateada secar, reforce-a com um pouco de epóxi. Aqui está uma imagem de um mouse em movimento livre com o hiperdrive implantado.

E esses são os exemplos de duas gravações de forma de onda de unidade única deste mouse. Aqui é mostrada uma seção coronal do cérebro do camundongo destacando o núcleo genante lateral onde alguns dos eletrodos foram abaixados. E aqui está um exemplo dos histogramas de tempo de estímulo para de dois neurônios LGN alinhados à estimulação visual.

Aqui está a seção coronal destacando o hipocampo onde outro conjunto de eletrodos foi abaixado. Um exemplo de registro de potencial de campo local de uma ondulação do hipocampo é mostrado aqui Com a experiência adequada, um novo hiperdrive pode ser montado em um dia. Os impulsos desenvolvidos neste procedimento podem ser combinados com outras técnicas, como a optogenética, a fim de estimular e registrar a partir de subpopulações identificadas de neurônios.