Method Article

Инструментарий с открытым исходным кодом: настольный микроэлектрод из углеродного волокна для записи нервов

DOI:

10.3791/63099

⸱

October 29th, 2021

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, 2Department of Mechanical Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, 3Department of Mechanical Engineering, University of Massachusetts Lowell, 4Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Michigan, Ann Arbor, 5Neuroscience Graduate Program, University of Michigan, Ann Arbor, 6Robotics Graduate Program, University of Michigan, Ann Arbor

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Здесь мы описываем методологию изготовления настраиваемых электродных массивов из углеродного волокна для записи in vivo в нерве и мозге.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Обычные зонды периферических нервов в основном изготавливаются в чистой комнате, требующей использования нескольких дорогостоящих и узкоспециализированных инструментов. В этой статье представлен «легкий» процесс изготовления матриц нейронных электродов из углеродного волокна, который может быть быстро изучен неопытным пользователем чистой комнаты. Этот процесс изготовления электродных массивов из углеродного волокна требует только одного инструмента для чистых помещений, машины для осаждения парилена C, которая может быть быстро изучена или передана на аутсорсинг коммерческому перерабатывающему предприятию по предельным ценам. Этот процесс изготовления также включает в себя ручную установку печатных плат, изоляцию и оптимизацию наконечников.

Три различные оптимизации наконечников, рассмотренные здесь (лазер Nd: YAG, паяльная лампа и УФ-лазер), приводят к диапазону геометрии наконечника и импедансам 1 кГц, причем волокна паяльной лампы приводят к наименьшему импедансу. В то время как предыдущие эксперименты доказали эффективность электродов лазера и паяльной лампы, эта статья также показывает, что волокна ультрафиолетовой лазерной резки могут записывать нейронные сигналы in vivo. Существующие массивы из углеродного волокна либо не имеют индивидуализированных электродов в пользу пучков, либо требуют изготовленных в чистых помещениях направляющих для населения и изоляции. Предлагаемые массивы используют только инструменты, которые могут быть использованы на столешнице для популяции волокон. Этот процесс изготовления электродов из углеродного волокна позволяет быстро настраивать объемное изготовление массива по сниженной цене по сравнению с коммерчески доступными зондами.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Большая часть исследований в области неврологии опирается на запись нейронных сигналов с использованием электрофизиологии (ePhys). Эти нейронные сигналы имеют решающее значение для понимания функций нейронных сетей и новых медицинских методов лечения, таких как мозговая машина и периферические нервные интерфейсы1,2,3,4,5,6. Исследования, связанные с периферическими нервами, требуют изготовленных на заказ или коммерчески доступных нейронных регистрирующих электродов. Нейрон....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Все процедуры для животных были одобрены Комитетом по уходу и использованию животных Мичиганского университета.

1. Выбор массива из углеродного волокна

  1. Выберите печатную плату (PCB) из одной из трех конструкций, показанных на рисунке 1.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для этого протокола в центре внимания будут Flex Arrays.
    1. Обратитесь к дизайну печатных плат на веб-сайте Chestek Lab (https://chestekresearch.engin.umich.edu), бесплатно и готовых к отправке и заказу для печати через типографию печатных плат.
    2. В таблице 1 приведена сводка разъемов для каждой системной п....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Проверка советов: изображения SEM
Предыдущая работа20 показала, что ножничная резка привела к ненадежным импедансам, поскольку Parylene C складывался по всему месту записи. Ножничная резка используется здесь только для резки волокон до нужной длины перед обработкой дополнительным методом финишной резки. SEM-изображения наконечников были использованы для определения длины экспонированного углерода и геометрии наконечника (рисунок 8).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Замены материалов
Хотя все используемые материалы обобщены в Таблице материалов, очень немногие из материалов должны поступать от конкретных поставщиков. Плата Flex Array должна поступать от указанного поставщика, поскольку они являются единственной компанией, которая может печатать гибкую плату. Разъем Flex Array также должен быть заказан у указанного поставщика, поскольку он является проприетарным разъемом. Parylene C настоятельно рекомендуется в качестве изоляционного материала для.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Эта работа была финансово поддержана Национальными институтами неврологических расстройств и инсульта (UF1NS107659 и UF1NS115817) и Национальным научным фондом (1707316). Авторы признают финансовую поддержку со стороны Инженерного колледжа Мичиганского университета и техническую поддержку со стороны Мичиганского центра характеристик материалов и Лаборатории бакалавриата Ван Влака. Авторы благодарят д-ра Халила Наджафи за использование его лазера Nd:YAG и nanofabrication Facility Lurie за использование их машины для осаждения parylene C. Мы также хотели бы поблагодарить Specialty Coating Systems (Индианаполис, штат Индиана) за помощь в сравнительном исследовании коммер....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
3 зубца моллюсков05-769-6QКоличество фишеров: 2
Стоимость единицы (USD): 20
3,4-этилендиокситиофен (25 г)
(PEDOT)		96618Sigma-AldrichКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 102
353ND-T Эпоксидная смола (8 унций)++<бр/> (только ZIF и широкая плата)353ND-T/8OZЭпоксидная технологияКол-во: 1<бр/> Стоимость единицы (USD): 48
Ag/AgCl (3M NaCl) Электрод сравнения (упаковка из 3 штук)50-854-570Количество Fisher: 1
Стоимость единицы (USD): 100
Паяльная лампа1WG61Грейнджер Кол-во: 1<бр/> Стоимость единицы (USD): 36
Углеродные волокнаT-650/35 3KCytec ThornelКол-во: 1<бр/> Стоимость единицы (USD): н/д
NC1784521Fisher Кол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 27
Аппликатор с хлопковым наконечникомWOD1002MediChoiceКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 0,57
Отложенный набор Epoxy++1FBG8GraingerКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 3
DI Водан/д н/дКол-во: н/д<бр/> Стоимость единицы (USD): н/д
Пинцет Dumont #550-822-409Кол-во Fisher: 1
Стоимость единицы (USD): 73
Flex Array**n/aMicroConnexКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 68
FluxSMD291ST8CCDigiKeyКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 13
стеклянных капилляров (упаковка из 350)50-821-986Кол-во Fisher: 1
Стоимость единицы (USD): 60
Стеклянная тарелкан/дн/дКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): н/д
Hirose Connector
(только ZIF)		H3859CT-NDDigiKeyКол-во: 2
Стоимость единицы (USD): 2
светостойкие стеклянные бутылкин/дFisherКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): н/д
Нагревательная филенка для микропипетокFB315BSutter Instrument Coty: 1
Стоимость единицы (USD): н/д
Съемник микропипетокP-97Sutter Instrument CoКол-во: 1< бр/> Стоимость единицы (долл. США): н/д
Нитриловые перчатки (упаковка 200 штук)19-041-171CFisherКол-во: 1<бр/> Стоимость единицы (долл. США): 47
Программное обеспечение для автономной сортировкин/дPlexonКол-во: 1<бр/> Стоимость единицы (долл. США): н/д
Разъем Omnetics*<бр/> (только для гибких массивов)A79025-001Omnetics IncКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 35
Omnetics Connector*
(только Flex Array)		A79024-001Omnetics IncКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 35
Omnetics-ZIF ConnectorZCA-OMN16Tucker-Davis TechnologiesКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): n/a
Pin Terminal Connector
(только широкая плата)		ED11523-NDDigiKeyКол-во: 16
Стоимость единицы (USD): 10
Коробка для хранения щуповG2085MelmatКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 2
лезвия бритвы4A807GraingerКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 2
SEM post16327lnfКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 3
Серебряная эпоксидная смола (1 унция)++H20E/1OZЭпоксидная технологияКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 125
Серебряные провода GND REF50-822-122FisherКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 423,2
-тулинесульфонат натрия (pTS) - 100 г152536Sigma-AldrichКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 59
Припой24-6337-9703DigiKeyКол-во: 1<бр/> Стоимость единицы (USD): 60
Жало паяльникаT0054449899N-NDDigikeyКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 13
Паяльная станцияWD1002N-NDDigikeyКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 374
SpotCure-B UV LED CureSystem n/aFusionNet LLCКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 895
Стержень из нержавеющей сталин/дКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): н/д
Мешалкаn/aFisherКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): н/д
Хирургические ножницы08-953-1BFisher Кол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 100
TDT Shroud
(только ZIF)		Z3_ZC16SHRD_RSNTDTКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 3,5
тефлонового пинцета50-380-043MeaterКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 47
UV & Видимый свет Безопасность Glassees92522Количество локтитов: 1
Стоимость единицы (USD): 45
УФ-эпоксидная смола (8 унций)++
(только для гибких массивов)		OG142-87/8OZЭпоксидная технологияКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 83
UV лазерн/дWERКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 30
Weigh boat
(упаковка 500)		08-732-112FisherКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 58
Wide Board+n/AAdvanced CircuitsКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 3
ZIF Active HeadstageZC16Tucker-Davis TechnologiesКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 925
ZIF Passive HeadstageZC16-PTucker-Davis TechnologiesКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 625
ZIF*n/ACoast to Coast CircuitsКол-во: 1
Стоимость единицы (USD): 9
Autolab PGSTAT12 Metrohm Углеродная лента

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Szostak, K. M., Grand, L., Constandinou, T. G. Neural interfaces for intracortical recording: Requirements, fabrication methods, and characteristics. Frontiers in Neuroscience. 11, 665(2017).
  2. Cunningham, J. P., et al.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Carbon Fiber ElectrodesMicroelectrode ArrayNerve RecordingBenchtop FabricationTip OptimizationUV Laser CuttingBlowtorch ElectrodeParylene C DepositionElectrophysiological RecordingPeripheral Nerve Probe

Related Articles