Name: Kit de ferramentas de código aberto: Benchtop Carbon Fiber Microelectrode Array para gravação de nervos (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-10-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 50 s
Description: Aprenda a fabricar arrays de eletrodos de fibra de carbono para gravação neural in vivo sem experiência em sala limpa. Este método simplificado permite personalizar dispositivos eletrofisiológicos com equipamentos de bancada básicos.

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Este trabalho foi apoiado financeiramente pelos Institutos Nacionais de Distúrbios Neurológicos e AVC (UF1NS107659 e UF1NS115817) e pela Fundação Nacional de Ciência (1707316). Os autores reconhecem o apoio financeiro da Faculdade de Engenharia da Universidade de Michigan e o apoio técnico do Michigan Center for Materials Characterization e do Van Vlack Undergraduate Laboratory. Os autores agradecem ao Dr. Khalil Najafi pelo uso de seu laser Nd:YAG e da Lurie Nanofabrication Facility pelo uso de sua máquina de deposição Parylene C. Também gostaríamos de agradecer à Specialty Coating Systems (Indianápolis, IN) por sua ajuda no estudo de comparação de revestimento comercial.

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<li>Saito, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+carbon+fibers+to+biomaterials%3A+A+new+era+of+nano-level+control+of+carbon+fibers+after+30-years+of+development%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Application of carbon fibers to biomaterials: A new era of nano-level control of carbon fibers after 30-years of development.</a> Chemical Society Reviews. 40 (7), 3824-3834 (2011).</li>
<li>Welle, E. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+characterization+of+a+carbon+fiber+peripheral+nerve+electrode+appropriate+for+chronic+recording%5BTitle%5D)+AND+%22FASEB+Journal%22%5BJournal%5D)">Fabrication and characterization of a carbon fiber peripheral nerve electrode appropriate for chronic recording.</a> FASEB Journal. 34 (1), 1(2020).</li>
<li>Guitchounts, G., Cox, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((64-Channel+carbon+fiber+electrode+arrays+for+chronic+electrophysiology%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">64-Channel carbon fiber electrode arrays for chronic electrophysiology.</a> Scientific Reports. 10 (1), 3830(2020).</li>
<li>Patel, P. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+density+carbon+fiber+arrays+for+chronic+electrophysiology%2C+fast+scan+cyclic+voltammetry%2C+and+correlative+anatomy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">High density carbon fiber arrays for chronic electrophysiology, fast scan cyclic voltammetry, and correlative anatomy.</a> Journal of Neural Engineering. 17 (5), 056029(2020).</li>
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<li>Dong, T., Chen, L., Shih, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laser+sharpening+of+carbon+fiber+microelectrode+arrays+for+brain+recording%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micro+and+Nano-Manufacturing%22%5BJournal%5D)">Laser sharpening of carbon fiber microelectrode arrays for brain recording.</a> Journal of Micro and Nano-Manufacturing. 8 (4), 041013(2020).</li>
<li>Massey, T. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+high-density+carbon+fiber+neural+recording+array+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">A high-density carbon fiber neural recording array technology.</a> Journal of Neural Engineering. 16 (1), 016024(2019).</li>
<li>Romeni, S., Valle, G., Mazzoni, A., Micera, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tutorial%3A+a+computational+framework+for+the+design+and+optimization+of+peripheral+neural+interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">Tutorial: a computational framework for the design and optimization of peripheral neural interfaces.</a> Nature Protocols. 15 (10), 3129-3153 (2020).</li>
<li>Khani, H., Wipf, D. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+tip-protected+polymer-coated+carbon-fiber+ultramicroelectrodes+and+pH+ultramicroelectrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+The+Electrochemical+Society%22%5BJournal%5D)">Fabrication of tip-protected polymer-coated carbon-fiber ultramicroelectrodes and pH ultramicroelectrodes.</a> Journal of The Electrochemical Society. 166 (8), 673-679 (2019).</li>
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<li>Venkatraman, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+and+in+vivo+evaluation+of+PEDOT+microelectrodes+for+neural+stimulation+and+recording%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Neural+Systems+and+Rehabilitation+Engineering%22%5BJournal%5D)">In vitro and in vivo evaluation of PEDOT microelectrodes for neural stimulation and recording.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 19 (3), 307-316 (2011).</li>
<li>Petrossians, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrodeposition+and+Characterization+of+Thin-Film+Platinum-Iridium+Alloys+for+Biological+Interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Electrochemical+Society%22%5BJournal%5D)">Electrodeposition and Characterization of Thin-Film Platinum-Iridium Alloys for Biological Interfaces.</a> Journal of the Electrochemical Society. 158 (6), 269-276 (2011).</li>
<li>Lee, C. D., Hudak, E. M., Whalen, J. J., Petrossians, A., Weiland, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-impedance%2C+high+surface+area+Pt-Ir+electrodeposited+on+cochlear+implant+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+The+Electrochemical+Society%22%5BJournal%5D)">Low-impedance, high surface area Pt-Ir electrodeposited on cochlear implant electrodes.</a> Journal of The Electrochemical Society. 165 (12), 3015-3017 (2018).</li>
<li>Cassar, I. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrodeposited+platinum-iridium+coating+improves+in+vivo+recording+performance+of+chronically+implanted+microelectrode+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Electrodeposited platinum-iridium coating improves in vivo recording performance of chronically implanted microelectrode arrays.</a> Biomaterials. 205, 120-132 (2019).</li>
<li>Taylor, I. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+dopamine+detection+sensitivity+by+PEDOT%2Fgraphene+oxide+coating+on+in+vivo+carbon+fiber+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Biosensors+and+Bioelectronics%22%5BJournal%5D)">Enhanced dopamine detection sensitivity by PEDOT/graphene oxide coating on in vivo carbon fiber electrodes.</a> Biosensors and Bioelectronics. 89, 400-410 (2017).</li>
<li>Mohanaraj, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gold+nanoparticle+modified+carbon+fiber+microelectrodes+for+enhanced+neurochemical+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%3A+JoVE%22%5BJournal%5D)">Gold nanoparticle modified carbon fiber microelectrodes for enhanced neurochemical detection.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (147), e59552(2019).</li>
<li>Pusch, J., Wohlmann, B. Chapter 2 - Carbon fibers. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPusch%2C+J+%22Inorganic+and+composite+fibers.+Production%2C+properties%2C+and+applications%22">Inorganic and composite fibers. Production, properties, and applications</a>. , Woodhead Publishing. 31-51 (2019).</li>
<li>Budai, D., Hernádi, I., Mészáros, B., Bali, Z. K., Gulya, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+responses+of+carbon+fiber+microelectrodes+to+dopamine+in+vitro+and+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biologica+Szegediensis%22%5BJournal%5D)">Electrochemical responses of carbon fiber microelectrodes to dopamine in vitro and in vivo.</a> Acta Biologica Szegediensis. 54 (2), 155-160 (2010).</li>
</ol>

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Substituições de materiais Embora todos os materiais utilizados sejam resumidos na Tabela de Materiais, muito poucos dos materiais são necessários para vir de fornecedores específicos. O quadro Flex Array deve vir do fornecedor listado, pois eles são a única empresa que pode imprimir a placa flexível. O conector Flex Array também deve ser encomendado do fornecedor listado por ser um conector proprietário. O parileno C é altamente recomendado como o material de isolamento para as fibra...

Grande parte da pesquisa em neurociência se baseia no registro de sinais neurais usando eletrofisiologia (ePhys). Esses sinais neurais são cruciais para entender as funções das redes neurais e novos tratamentos médicos, como máquina cerebral e interfaces nervosas periféricas1,2,3,4,5,6. Pesquisas em torno de nervos periféricos exigem eletrodos de gravação neural feitos sob medida ou comercialmente disponíveis. A gravação neural de eletrodos-ferramentas exclusivas com dimensões em escala de micron e materiais frágeis requer um conjunto especializado de habilidades e equipamentos para fabricar. Uma variedade de sondas especializadas foram desenvolvidas para usos finais específicos; no entanto, isso implica que os experimentos devem ser projetados em torno de sondas comerciais disponíveis atualmente, ou um laboratório deve investir no desenvolvimento de uma sonda especializada, que é um processo demorado. Devido à grande variedade de pesquisas neurais no nervo periférico, há alta demanda por uma sonda ePhys versátil4,7,8. Uma sonda ePhys ideal contaria com um pequeno site de gravação, baixo impedance9 e um ponto de preço financeiramente realista para implementação em um sistema3.
Os eletrodos comerciais atuais tendem a ser eletrodos extraneurais ou manguitos (Neural Cuff10, MicroProbes Nerve Cuff Electrode11), que ficam fora do nervo, ou intrafasciculares, que penetram no nervo e se sentam dentro do fascículo de interesse. No entanto, à medida que os eletrodos de punho ficam mais longe das fibras, eles captam mais ruídos de músculos próximos e outros fascicles que podem não ser o alvo. Essas sondas também tendem a restringir o nervo, o que pode levar a um acúmulo de células gliais e tecido cicatricial na interface do eletrodo enquanto o tecido se cura. Eletrodos intrafasciculares (como LIFE12, TIME13 e Utah Arrays14) adicionam o benefício da seletividade de fascículos e têm boas relações sinal-ruído, o que é importante em sinais discriminadores para interligação de máquinas. No entanto, essas sondas têm problemas com a biocompatibilidade, com os nervos ficando deformados ao longo do tempo3,15,16. Quando compradas comercialmente, ambas as sondas têm designs estáticos sem opção de personalização específica de experimentos e são caras para laboratórios mais novos.
Em resposta aos problemas de alto custo e biocompatibilidade apresentados por outras sondas, os eletrodos de fibra de carbono podem oferecer uma avenida para os laboratórios de neurociência construirem suas próprias sondas sem a necessidade de equipamentos especializados. As fibras de carbono são um material de gravação alternativo com um pequeno fator de forma que permite a inserção de baixo dano. As fibras de carbono proporcionam melhor biocompatibilidade e resposta de cicatriz consideravelmente menor do que o silício17,18,19 sem o processamento intensivo da sala de limpeza5,13,14. As fibras de carbono são flexíveis, duráveis, facilmente integradas com outros biomateriais19, e podem penetrar e registrar a partir de nervos7,20. Apesar das muitas vantagens das fibras de carbono, muitos laboratórios acham a fabricação manual dessas matrizes árdua. Alguns grupos21 combinam fibras de carbono em feixes que, coletivamente, resultam em um diâmetro maior (~200 μm); no entanto, para nosso conhecimento, esses feixes não foram verificados em nervos. Outros fabricaram matrizes de eletrodos de fibra de carbono não evidenciadas, embora seus métodos exijam guias de fibra de carbono fabricados em sala de limpeza22,23,24 e equipamentos para povoar suas matrizes17,23,24. Para lidar com isso, propomos um método de fabricação de uma matriz de fibra de carbono que possa ser realizada no banco de banco de laboratório que permita modificações improvisadas. A matriz resultante mantém pontas de eletrodos individuadas sem ferramentas especializadas de preenchimento de fibras. Além disso, várias geometrias são apresentadas para corresponder às necessidades do experimento de pesquisa. Construído a partir de trabalhos anteriores8,17,22,25, este artigo fornece metodologias detalhadas para construir e modificar vários estilos de matrizes manualmente com o mínimo de tempo de treinamento de sala de limpeza necessário.

<table><tbody><tr><td>3 garras</td><td>05-769-6Q</td><td>Fisher</td><td>Qty: 2 Custo unitário (USD): 20</td></tr><tr><td>3,4-etilenodioxitiofeno (25 g) (PEDOT)</td><td>96618</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Qty: 1 Custo unitário (USD): 102</td></tr><tr><td>353ND-T Epoxy (8oz)++ (ZIF e Wide Board apenas)</td><td>353ND-T/8OZ</td><td>Epoxy Technology</td><td>Qty: 1 Custo unitário (USD): 48</td></tr><tr><td>Ag/AgCl (3M NaCl) Eletrodo de Referência (pacote de 3)</td><td>50-854-570</td><td>Fisher</td><td>Qty: 1 Custo Unitário (USD): 100</td></tr><tr><td>Autolab</td><td>PGSTAT12</td><td>Metrohm Blowtorch</td><td></td></tr><tr><td></td><td>1WG61</td><td>Grainger</td><td>Qty: 1 Custo Unitário (USD): 36</td></tr><tr><td>Fibras de Carbono</td><td>T-650/35 3K</td><td>Cytec Thornel</td><td>Qty: 1 Custo Unitário (USD): n/a</td></tr><tr><td>Fita de carbono</td><td>NC1784521</td><td>Fisher</td><td>Qty: 1 Custo unitário (USD): 27</td></tr><tr><td>Aplicador com ponta de algodão</td><td>WOD1002</td><td></td><td>MediChoice Qty: 1 Custo unitário (USD): 0,57</td></tr><tr><td>Delayed Set Epoxy++</td><td>1FBG8</td><td>Grainger</td><td>Qty: 1 Custo unitário (USD): 3</td></tr><tr><td>DI Água</td><td>n/a</td><td>n/a</td><td>Qtd: n/a Custo unitário (USD): n/a</td></tr><tr><td>Pinça Dumont #5</td><td>50-822-409</td><td></td><td>Fisher Qty: 1 Custo unitário (USD): 73</td></tr><tr><td>Flex Array**</td><td>n/a</td><td>MicroConnex</td><td>Qty: 1 Custo unitário (USD): 68</td></tr><tr><td>Flux</td><td>SMD291ST8CC</td><td>DigiKey</td><td>Qty: 1 Custo unitário (USD): 13</td></tr><tr><td>capilares de vidro (pacote de 350)</td><td>50-821-986</td><td></td><td>Fisher Qty: 1 Custo unitário (USD): 60</td></tr><tr><td>Prato de vidro</td><td>n/a</td><td>n/a Qty</td><td>: 1 Custo unitário (USD): n/a</td></tr><tr><td>Hirose Connector (ZIF Only)</td><td>H3859CT-ND</td><td>DigiKey</td><td>Qty: 2 Custo unitário (USD): 2</td></tr><tr><td>Garrafa de vidro resistente à luz</td><td>n/a</td><td>Fisher</td><td>Qty: 1 Custo unitário (USD): n/a</td></tr><tr><td>Micropipeta Heating Filiment</td><td>FB315B</td><td>Sutter Instrument Co</td><td>Qty: 1 Custo unitário (USD): n/a</td></tr><tr><td>Extrator de Micropipetas</td><td>P-97</td><td>Sutter Instrument Co</td><td>Qty: 1 Custo unitário (USD): n/a</td></tr><tr><td>Luvas de nitrilo (pacote de 200)</td><td>19-041-171C</td><td>Fisher</td><td>Qty: 1 Custo unitário (USD): 47</td></tr><tr><td>Software de classificação offline</td><td>n/a</td><td>Plexon</td><td>Qty: 1 Custo unitário (USD): n/a</td></tr><tr><td>Omnetics Connector* (Flex Array Only)</td><td>A79025-001</td><td>Omnetics Inc</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): 35</td></tr><tr><td>Conector Omnetics* (Somente Flex Array)</td><td>A79024-001</td><td>Omnetics Inc</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): 35</td></tr><tr><td>Omnetics para conector</td><td>ZIF ZCA-OMN16</td><td>Quantidade da Tucker-Davis Technologies</td><td>: 1 Custo unitário (USD): n/a</td></tr><tr><td>Conector de terminal de pinos (somente placa larga)</td><td>ED11523-ND</td><td>DigiKey</td><td>Qtd: 16 Custo unitário (USD): 10</td></tr><tr><td>Caixa de armazenamento da sonda</td><td>G2085</td><td>Quantidade de Melmat</td><td>: 1 Custo unitário (USD): 2</td></tr><tr><td>Lâmina de barbear</td><td>4A807</td><td>Quantidade de grainger</td><td>: 1 Custo unitário (USD): 2</td></tr><tr><td>SEM post</td><td>16327</td><td>lnf</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): 3</td></tr><tr><td>Epóxi de prata (1oz)++</td><td>H20E/1OZ</td><td>Tecnologia de epóxi</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): 125</td></tr><tr><td>Fios de prata GND REF</td><td>50-822-122</td><td>Fisher</td><td>Qty: 1 Custo unitário (USD): 423,2</td></tr><tr><td>P-toulenesulfonato de sódio(pTS)- 100g</td><td>152536</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): 59</td></tr><tr><td>Solda</td><td>24-6337-9703</td><td>DigiKey</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): 60</td></tr><tr><td>Ponta de ferro de solda</td><td>T0054449899N-ND</td><td>Digikey</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): 13</td></tr><tr><td>Estação de solda</td><td>WD1002N-ND</td><td>Digikey</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): 374</td></tr><tr><td>SpotCure-B UV LED Cure System</td><td>n/a</td><td>FusionNet LLC</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): 895</td></tr><tr><td>Haste de aço inoxidável</td><td>n/a</td><td>n/a</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): n/a</td></tr><tr><td>Placa de agitação</td><td>n/a</td><td>Fisher</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): n/a</td></tr><tr><td>Tesoura cirúrgica</td><td>08-953-1B</td><td>Fisher</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): 100</td></tr><tr><td>TDT Shroud (somente ZIF)</td><td>Z3_ZC16SHRD_RSN</td><td>TDT</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): 3,5</td></tr><tr><td>Pinças de teflon</td><td>50-380-043</td><td>Fisher</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): 47</td></tr><tr><td>UV & Óculos de Segurança para Luz Visível</td><td>92522</td><td>Loctite</td><td>Qty: 1 Custo Unitário (USD): 45</td></tr><tr><td>UV Epoxy (8oz)++ (Flex Array Only)</td><td>OG142-87/8OZ</td><td>Epoxy Technology</td><td>Qty: 1 Custo Unitário (USD): 83</td></tr><tr><td>UV Laser</td><td>n/a</td><td>WER</td><td>Qty: 1 Custo Unitário (USD): 30</td></tr><tr><td>Pesagem barco (pacote de 500)</td><td>08-732-112</td><td>Fisher</td><td>Qty: 1 Custo unitário (USD): 58</td></tr><tr><td>Wide Board+</td><td>n/a</td><td>Circuitos avançados</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): 3</td></tr><tr><td>ZIF Active Headstage</td><td>ZC16</td><td>Tucker-Davis Technologies</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): 925</td></tr><tr><td>ZIF Passive Headstage</td><td>ZC16-P</td><td>Tucker-Davis Technologies</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): 625</td></tr><tr><td>ZIF*</td><td>n/a</td><td>Coast to Coast Circuits</td><td>Qtd: 1 Custo unitário (USD): 9</td></tr></tbody></table>

kit de ferramentas de código aberto: benchtop carbon fiber microelectrode array para gravação de nervos

Open-source Toolkit: Benchtop Carbon Fiber Microelectrode Array for Nerve Recording

As sondas nervosas periféricas convencionais são fabricadas principalmente em uma sala de limpeza, exigindo o uso de múltiplas ferramentas caras e altamente especializadas. Este artigo apresenta um processo de fabricação "leve" de matrizes de eletrodos neurais de fibra de carbono que podem ser aprendidas rapidamente por um usuário de sala de limpeza inexperiente. Este processo de fabricação de matriz de eletrodos de fibra de carbono requer apenas uma ferramenta de limpeza, uma máquina de deposição Parylene C, que pode ser aprendida rapidamente ou terceirizada para uma instalação de processamento comercial a um custo marginal. Este processo de fabricação também inclui placas de circuito impresso de preenchimento manual, isolamento e otimização de ponta. 
As três diferentes otimizações de ponta exploradas aqui (laser Nd:YAG, maçarico e laser UV) resultam em uma gama de geometrias de ponta e impedâncias de 1 kHz, com fibras maçaricos resultando na menor impedância. Embora experimentos anteriores tenham comprovado a eficácia do eletrodo de laser e maçarico, este artigo também mostra que fibras cortadas a laser UV podem registrar sinais neurais in vivo. Os arrays de fibra de carbono existentes não possuem eletrodos individuados em favor de pacotes ou exigem guias fabricadas para a população e isolamento. Os arrays propostos utilizam apenas ferramentas que podem ser usadas em um banco para a população de fibras. Este processo de fabricação de matriz de eletrodos de fibra de carbono permite a rápida personalização da fabricação de matriz a granel a um preço reduzido em comparação com as sondas disponíveis comercialmente.

Validação da dica: Imagens SEM Trabalhos anteriores20 mostraram que o corte da tesoura resultou em impedâncias não confiáveis como Parileno C dobrado em todo o local de gravação. O corte da tesoura é usado aqui apenas para cortar fibras ao comprimento desejado antes de processar com um método adicional de corte de acabamento. Foram utilizadas imagens SEM das pontas para determinar o comprimento de carbono exposto e a geometria da ponta (Figura 8).<...

Aqui, descrevemos a metodologia de fabricação para matrizes de eletrodos de fibra de carbono personalizáveis para gravação in vivo no nervo e no cérebro.

Kit de ferramentas de código aberto: Benchtop Carbon Fiber Microelectrode Array para gravação de nervos

Conventional peripheral nerve probes are primarily fabricated in a cleanroom, requiring the use of multiple expensive and highly specialized tools. This ...

Eletrodos de fibra de carbono são menores que os neurônios e fazem danos mínimos. Além disso, eles podem ser fabricados com o mínimo de equipamentos especializados na parte superior do banco. A principal vantagem dessa técnica está na sua simplicidade.Permite que os usuários construam e personalizem matrizes neurais, sem experiência em limpeza. Manipular as fibras de carbono e colocar o epóxi prateado é complicado e crítico. Estas duas peças tomam muita prática e controle motor fino.O primeiro dia é sempre o pior, mas com a prática, depois de cerca de uma semana, você vai construir uma matriz neural funcional. Para começar, coloque um ferro de solda a 315 graus Celsius. Aplique fluxo em todas as almofadas de solda.Forme pequenos montes de solda nas almofadas traseiras da matriz flex e, em seguida, solde os pinos em ambos os lados do conector. Uma vez seguro, empurre suavemente a ponta de ferro de solda, entre os pinos dianteiros, para soldar as conexões restantes na parte de trás. Aplique uma camada de fluxo adicional, se a solda demorar muito tempo, em seguida, solde a primeira fila de pinos para a placa.Limpe o excesso de fluxo com álcool isopropílico 100% e uma escova de cerdas curtas. Em seguida, empurre lentamente o conjunto colocado epóxi com uma seringa, colocado lado de bisel para baixo sobre os pinos, para encapsular a conexão soldada. Coloque uma pequena linha do epóxi no traseiro da placa, e puxe-o para as bordas do conector para fixá-lo.Faça capilares com um puxador de vidro e filamento. Corte um capilar de vidro puxado, de modo que sua ponta se encaixe entre os traços da matriz. Em seguida, colher aproximadamente uma proporção de epóxi prata em um prato de plástico, com as extremidades de madeira de dois aplicadores de ponta de algodão e misturá-lo.Descarte os aplicadores após a mistura. Corte de dois a quatro milímetros, da extremidade de um feixe de fibra de carbono, em um papel de impressora com uma lâmina de barbear. Puxe um papel laminado, suavemente, sobre a parte superior do feixe para separar as fibras e o feixe.Em seguida, leve um pouco de epóxi para o final do capilar puxado. E aplique-o suavemente entre todos os outros traços, na extremidade do tabuleiro, preenchendo a lacuna. Coloque uma fibra de carbono em cada traço epóxi, com pinças revestidas de teflon.Em seguida, ajuste as fibras de carbono com um capilar limpo puxado, para fazer perpendicular até o final da placa de matriz flex e enterrá-las sob o epóxi. Coloque as matrizes em um bloco de madeira, com extremidades de fibra suspensas na borda do bloco. Asse o bloco de madeira e os arrays a 140 graus Celsius por 20 minutos, para curar o epóxi prateado e travar as fibras no lugar.Se shorts epóxi prateados dois ou mais das fibras juntas, ele pode ser removido usando um capilar de vidro limpo, e gentilmente raspando-o fora da placa. Armazene as placas acabadas em uma caixa com plataforma elevada, para suspender as extremidades fibras do tabuleiro, para evitar a quebra de fibras. Aplique uma pequena gota de epóxi UV nos traços expostos com um capilar limpo, e continue adicionando gotículas, até que os traços estejam completamente cobertos.Cure o epóxi UV sob uma caneta UV por dois minutos e repita-o para o outro lado da placa. Corte as fibras em um milímetro com um reticle estereoscópio e uma tesoura cirúrgica. Para verificar as conexões elétricas, defina o potencialiostat para zero volts, por cinco segundos, e estabilize o sinal gravado.Execute um escaneamento de impedância de um quilohertz para cada fibra com um potencialiostat. Registo as medições através do software associado ao potencialiostat. Em seguida, mergulhe as fibras em água deionizada em um béquer, três vezes, para enxágüe-las.Raspe suavemente Parileno C do chão, e refira fios na placa com pinças. Em seguida, corte dois comprimentos de cinco centímetros de fio de prata isolado com uma lâmina de barbear. Desolizar de dois a três milímetros de fio, de uma extremidade e cerca de 10 milímetros da extremidade oposta.Em seguida, aqueça o ferro de solda a 315 graus Celsius, e aplique um pequeno fluxo nos fios. Insira de dois a três milímetros de um fio, em cada fio de eletrofisiologia na placa, e aplique solda na parte superior dos fios. Depois de permitir que a sonda esfrie, vire-a para aplicar uma solda na parte traseira do fio.Corte qualquer fio exposto saindo do monte de solda traseira. Coloque as matrizes na caixa de armazenamento, dobrando os fios para trás, longe da fibra e fixando os fios na fita adesiva, para evitar possíveis interações com fios de fibra. Foram utilizadas imagens SEM das pontas para determinar o comprimento de carbono exposto e a geometria da ponta.As fibras cortadas pela tesoura têm geometrias inconsistentes da ponta, com parileno C dobrando sobre a extremidade. As fibras de corte a laser NDYAG permanecem consistentes, na área do local de gravação, forma e impedância. As fibras queimadas levam ao maior tamanho de eletrodo, e a variabilidade da forma e uma ponta afiada.Em média, 140 micrômetros de carbono foram reass exposidos. As fibras de corte a laser UV eram semelhantes às fibras queimadas, mostrando 120 micro metros de carbono, expostos da ponta. As impedâncias resultantes estavam dentro do alcance, para gravação eletrofisiológica.As fibras de corte a laser NDYAG tinham a menor área de superfície, mas as maiores impedâncias. Seguido por fibras de corte de gás queimados e UV. No entanto, em todos os casos, as fibras revestidas PEDOT:pTS, caíram abaixo do limiar de 110 quilos.Gravações agudas de quatro fibras de tratamento a laser UV, de comprimento de dois milímetros, simultaneamente implantadas no córtex motor de rato, mostraram três unidades em todas as fibras, sugerindo que o tratamento das fibras com o laser UV barato, é semelhante a outros métodos de corte. Ao tentar este protocolo, dê a si mesmo um espaço grande e limpo ao preencher fibras de carbono. É fácil acidentalmente varrer todas as suas fibras da mesa, porque não há espaço suficiente para manobras.Estas matrizes são agora adequadas para gravações de unidades de sinal do cérebro. Essas técnicas de construção permitiram que o grupo do Dr. Barnes, da Universidade de Michigan, reportou e o grupo do Dr. Chiel na Case Western Reserve University, reportou intracelular

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioengenharia

O vídeo demonstra como usar um arranjo de microeletrodos (MEA) para registrar a atividade eletrofisiológica de neurônios derivados de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos (hiPSCs). A atividade eletrofisiológica de um MEA multipoço contendo uma co-cultura neurônio-astrócitos é registrada para detectar potenciais de ação de vários neurônios na rede, confirmando a diferenciação bem-sucedida de hiPSCs em neurônios.

Medindo a atividade eletrofisiológica de redes neuronais usando matrizes de microeletrodos

Este vídeo demonstra o procedimento para configurar uma câmara de gravação com um conjunto de microeletrodos penetrantes (PMEA) para capturar sinais neurais de um hipocampo desdobrado. Este método nos permite estudar a velocidade e a direção da propagação da atividade neural dentro do hipocampo desdobrado in vitro.

Registro da atividade neural do tecido hipocampal desdobrado usando matriz de microeletrodos penetrantes

Este vídeo demonstra um ensaio baseado em matriz de microeletrodos para estudar a atividade da rede neuronal em seções da medula espinhal de camundongos. Primeiro, a atividade eletrofisiológica do corno dorsal superficial (SDH) do corte é registrada. Em seguida, um inibidor do canal de potássio é introduzido para prolongar a despolarização, resultando em atividade rítmica síncrona em toda a rede neuronal.

Avaliação baseada em matriz de microeletrodos de redes neuronais em fatias da medula espinhal de camundongos

Este vídeo demonstra a fabricação de um eletrodo plano de envoltório de nervos. Ele mostra a integração de metal de blindagem e camadas precisas de polímero para uma superfície de gravação eficaz. O processo envolve anexar, curar, aparar e cortar camadas de polímero para contato nervoso ideal e registro preciso do sinal.

Fabricação de eletrodos nervosos de interface plana para registro de atividade neural

Revestimentos de eletrodos diferentes afetar o desempenho de gravação neural através de alterações nas propriedades eletroquímicas, químicas e mecânicas. Comparação de eléctrodos in vitro é relativamente simples, no entanto Comparação in vivo da resposta é tipicamente complicada pelas variações de distância entre os eléctrodos / neurónio e entre animais. Este artigo fornece um método robusto para comparar eletrodos de registro neurais.

Um Método para Sistemática de Eletroquímica e eletrofisiológica Avaliação do Neurais gravação Eletrodos

Shuttle-box aprendizagem evasão está bem estabelecida em neurociência comportamental. Este protocolo descreve como shuttle-box aprendizagem em roedores pode ser combinado com microstimulation site-specific elétrica intracortical (ICMS) e crônica simultânea em gravações vivo como uma ferramenta para estudar vários aspectos da aprendizagem e percepção.

Combinado Shuttle-Box Formação com eletrofisiológica Cortex Gravação e Estimulação como Ferramenta para o Estudo de Percepção e Aprendizagem

Este artigo fornece uma descrição detalhada sobre o processo de fabricação de um eletrodo de nervo de interface plana de alta contato densidade (FINE). Este eletrodo é otimizado para gravação e estimular a atividade neural seletivamente dentro de nervos periféricos.

Fabricação de alta Contact densidade, eletrodos nervosas Plano de Interface para gravação e estimulação Applications

Neste estudo, a metodologia é apresentada sobre como realizar gravações eletrofisiológicas in vivo multi-site a partir da via hiperdiretiva sob anestesia com uretano.

Agudo<em&gt; In Vivo</em&gt; Gravações eletrofisiológicas de Potenciais de campo locais e atividade de múltiplas unidades a partir do caminho hiperdiretivo em ratos anestesiados

Descrevemos aqui um método para fabricar matrizes de microeletrodos Ti3C2 MXene e utilizá-las para gravação neural in vivo.

Fabricação de Matrizes de microeletrodo Ti3C2 MXene para gravação neural in vivo

Este protocolo descreve um procedimento para a construção de matrizes de microeletrodos de fibra de carbono para gravações eletrofisiológicas in vivo crônicas e agudas em camundongos (Mus musculus) e furão(Mustela putorius furo) de múltiplas regiões cerebrais. Cada passo, após a compra de fibras de carbono bruto para implantação de matriz de microeletrodos, é descrito em detalhes, com ênfase na construção de matriz de microeletrodos.

Construção e Implementação de Matrizes de Microeletrodos de Fibra de Carbono para Gravações In Vivo Crônicas e Agudas

Desenvolvemos uma abordagem simplificada e econômica para a fabricação de eletrodos e realizamos gravações de sinais em várias regiões em camundongos em movimento livre. A utilização da optogenética, juntamente com a eletrofisiologia multirregional e o registro do sinal de cálcio, permitiu a revelação de atividades neuronais em todas as regiões do modelo de acendimento de convulsões.

Um método integrado para criar otérios eletrofisiológicos flexíveis e convenientes para gravação in vivo em várias regiões

Aprenda a fabricar arrays de eletrodos de fibra de carbono para gravação neural in vivo sem experiência em sala limpa. Este método simplificado permite personalizar dispositivos eletrofisiológicos com equipamentos de bancada básicos.

Kit de ferramentas de código aberto: Benchtop Carbon Fiber Microelectrode Array para gravação de nervos

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