Микро-диск массива при хроническом В естественных условиях Запись: Drive Изготовление

В этом видео будет рассмотрена сборка облегченного массива микроприводов, состоящего из 21 независимо регулируемого винтовых микропривода. Каждый микропривод управляет позиционированием одного электрода при записи. Микроприводы установлены в пластиковом основании, разработанном с помощью компьютерного моделирования, которое стабилизирует их относительно черепа движущегося животного и объединяет электроды в плотный массив, способный пройти через небольшое трепанационное отверстие в мозг.

Основание также поддерживает интерфейсную плату электродов для подключения к регистрирующим приборам, что позволяет удобно подключать и отключать животное в начале и в конце эксперимента. Пластиковый конус, прикрепленный к основанию, защищает микроприводы и электроды от воздействия внешней среды в клетке крысы. Здравствуйте, я Файя Постман из лаборатории Мэтта Уилсона в Институте обучения и памяти PIKA в Массачусетском технологическом институте.

Сегодня мы продемонстрируем протокол изготовления одного из таких микрозондовых массивов. В нашей лаборатории мы используем эти микрозондовые массивы для регистрации активности большой популяции нейронов в мозге крыс, например, в коре или гиппокампе. Сначала мы покажем, как мы разработали наш микрозондовый массив.

Затем мы отправимся в мастерскую, где Стив и Стюарт покажут нам, как обрабатывать исходные материалы и собирать их в полностью функциональное устройство. Итак, приступим. Пластиковое основание спроектировано с помощью программного обеспечения для компьютерного проектирования и изготовлено с использованием недорогого метода 3D-печати.

Мы также моделируем все остальные компоненты массива микроприводов. Это позволяет нам тщательно контролировать размер и вес готового привода. В верхней части пластикового основания расположены два кольца отверстий, в которые будут устанавливаться отдельные микроприводы.

3D-модель отправляется в сервисное бюро, где изделие изготавливается из фотополимерной смолы методом стереолитографии. Этот процесс занимает всего несколько дней; в результате получается легкая и пригодная для повторного использования деталь. После получения детали из сервисного бюро ее необходимо подготовить к использованию.

Теперь перейдем в мастерскую. Процесс 3D-печати не позволяет надежно печатать отверстия малого размера, поэтому в наших моделях мы предусматриваем отверстия меньшего диаметра. Затем в мастерской эти отверстия рассверливают и нарезают резьбу до требуемого размера.

Для подготовки пластикового основания используются сверла трех разных размеров: номер 61, номер 65 и сверло диаметром 1.55 millimeter во внешнем кольце основания. Используйте ручную дрель со сверлом номер 61 на очень низких оборотах, чтобы подготовить направляющие отверстия, в которые позже будут вставлены микровинты. Затем подготовьте отверстия для опорных трубок микропривода в основании, просверлив их сверлом номер 65.

Используя более крупное сверло диаметром 1,55 мм, просверлите отверстия, которыми основание будет крепиться к плате интерфейса электрода и защитному конусу. Чтобы обеспечить плавное перемещение микропривода, вставьте влицо в каждое внутреннее кольцо отверстий втулку из нержавеющей стали. Каждую втулку следует запрессовать с помощью плоскогубцев до тех пор, пока она не окажется вровень с верхней частью основания.

Теперь необходимо нарезать резьбу в направляющих отверстиях для винтов. Используйте ручной зажим (пин-визе) для удержания метчика и нанесите сухую смазку перед нарезкой. Выровняйте метчик, убедившись, что он расположен параллельно трубке калибра 23 G, которую следует временно вставить в соседнюю втулку.

Отверстия, в которых фиксируются интерфейсная плата и защитный конус, должны быть нарезаны. Нарежьте резьбу в этих отверстиях вручную аналогичным образом. В конструкции на пластиковой основе предусмотрены направляющие для каждого направляющего отверстия под винт, чтобы гарантировать, что начальные витки резьбы не будут повреждены в процессе нарезания.

После нарезания резьбы во всех направляющих отверстиях эти стартовые части метчиков можно легко отломить с помощью лезвия бритвы. Электроды направляются к одной точке в нижней части привода с помощью нескольких направляющих трубок.

Сначала необходимо изготовить собирающую канюлю, в которой будут закреплены все электропроводящие трубки. Собирающая канюля изготавливается из отрезка трубки из нержавеющей стали длиной 1,5 см. Собирающая канюля фиксируется с помощью стоматологического цемента.

Для улучшения адгезии осторожно зашерохните трубку с помощью шлифовального круга Dremel, затем вставьте эту канюлю в нижнюю часть пластикового основания. Расположите её таким образом, чтобы пять-семь миллиметров канюли оставались снаружи массива микроприводов. Для облегчения хирургической имплантации закрепите собирающую канюлю в нижней части пластикового основания.

При использовании стоматологического акрила дайте ему отвердеть в течение не менее 15 минут. Теперь подготовьте направляющие трубки, отрезав лезвием 21 фрагмент полиамида. Начните этот этап с того, что введите все 21 направляющую трубку в собирающую канюлю в нижней части приводного основания.

Это обеспечит параллельное расположение всех трубок относительно друг друга. Если трубки в пучке расположены слишком свободно или слишком плотно, можно начать с меньшего количества трубок или добавить дополнительные по мере необходимости. Теперь поочередно извлекайте каждую направляющую трубку и вставляйте ее в одно из отверстий в верхней части привода.

Пропустите трубку вниз через зазор слева за пучком трубок. Осмотрите направляющие трубки на наличие перегибов или слишком крутых изгибов и при необходимости замените их. Отрегулируйте положение каждой направляющей трубки так, чтобы она выступала на один-два миллиметра над верхним краем гильзы.

Теперь нанесите небольшую каплю жидкого клея sano acro lake на нижнюю часть канюли сборщика. Будьте очень осторожны, чтобы клей не попал в направляющие трубки. Затем с помощью нового лезвия бритвы обрежьте пучок излишков трубок в нижней части канюли сборщика.

Под стереоскопом убедитесь, что трубки ровно обрезаны и находятся вровень с канюлей. Каждый электрод перемещается с помощью собственного микропривода, поэтому необходимо изготовить 21 микропривод, а затем вставить их в пластиковое основание. Каждый микропривод состоит из специального винта и полой опорной трубки, соединенных между собой.

С помощью стоматологического акрила электрод будет зафиксирован в опорной трубке. Винт имеет гладкую часть с небольшим выступом, которая вплавляется в стоматологический акрил, что позволяет винту свободно вращаться. При ввинчивании в пластиковое основание винт перемещает электрод вперед или назад.

Головка винта имеет форму полуцилиндра. Прежде чем приступить к изготовлению микроприводов, необходимо создать отвертку для вращения наших специализированных винтов. Самодельная отвертка изготавливается путем взятия такого же винта и полного сошлифовывания кромки, окружающей полуцилиндрическую головку.

Вставьте головку винта в трубку калибра 15 длиной пять сантиметров до полного погружения. Теперь раздавите трубку вокруг резьбы винта, чтобы зафиксировать его в трубке и предотвратить его вращение. Прикрепите миниатюрный ручной сверлильный зажим в качестве рукоятки, и вуаля — отвертка готова.

Микропривод изготавливают путем формования стоматологического акрила вокруг винта и опорной трубки. Используемые нами формы представляют собой напечатанный на 3D-принтере пластик, такой же, как и пластиковое основание; в нижней части форм имеются отверстия, которые позволяют удерживать винт и опорную стойку в одном направлении при заливке акрила в форму. Сначала необходимо подготовить форму: очистить отверстие для опорной трубки с помощью иглы 23 G, очистить отверстие для винта и нарезать резьбу с помощью метчика.

Эта процедура идентична той, которую мы только что выполнили с пластиковым основанием. Теперь форма готова к изготовлению микроприводов. Смажьте форму лубрикантом на основе тефлона, чтобы предотвратить прилипание стоматологического акрила к поверхности формы.

Слегка зашлифуйте шлифовальным кругом верхние два-три миллиметра опорного штифта из нержавеющей стали (калибр 23, длина 14 мм), чтобы обеспечить его надежную фиксацию в толще акрила. Вставьте опорный штифт в меньшее отверстие формы так, чтобы верхняя часть штифта находилась над верхним краем лунки. Нанесите тонкий слой смазки на основе тефлона на винт и вкрутите его в резьбовое отверстие до тех пор, пока витки резьбы не окажутся чуть ниже дна лунки.

Теперь смешайте стоматологический акрил и залейте его в форму. Убедитесь, что материал заполнил все углубления и полости. Для удаления пузырьков воздуха после затвердевания акрила можно воспользоваться иглой.

Вы можете извлечь микропривод, выкрутив винт. Проведите строгий контроль качества. В акриле не должно быть трещин или пузырьков.

Столбик и винты должны быть параллельны и не должны смещаться вбок. Винты должны вращаться плавно, но без люфта; все неисправные микроприводы из переиспользуемых деталей должны быть отбракованы. Повторяйте этот процесс до тех пор, пока у вас не получится 21 исправный микропривод.

Если ваша форма имеет несколько лунок, вы можете изготавливать микроприводы партиями для экономии времени. Аккуратно совместите каждый микропривод с парой отверстий в пластиковом основании. Наденьте опорную трубку микропривода на направляющую трубку из полимера и вставьте ее в металлическую гильзу, одновременно используя отвертку для продвижения винта микропривода.

Этот этап может быть затруднительным. Следите за центром основания, чтобы направляющая трубка не зацепилась за пряжку при опускании микропривода. После того как все микроприводы будут установлены и полностью опущены, в центр привода закапывают небольшое количество акрила, чтобы зафиксировать пучок направляющих трубок на месте.

Дайте акрилу затвердеть в течение 15 минут. После высыхания акрила, чтобы втянуть каждый микропривод примерно на три миллиметра, создайте схему расположения микроприводов в виде вида сверху и присвойте каждому микроприводу уникальное имя или номер. Теперь, глядя в стереомикроскоп, переверните привод вверх дном и сфотографируйте нижнюю часть канюли коллектора и направляющих трубок.

Распечатайте изображение, которое будет использоваться в качестве справочного материала на следующих этапах. Затем, перевернув привод вверх дном, вставьте узкую полиамидную трубку-носитель в каждую направляющую трубку до тех пор, пока она не выйдет сверху из микропривода. Отметьте на фотографии, какая направляющая трубка соответствует определенному микроприводу.

Трубка-носитель в дальнейшем будет защищать и поддерживать хрупкие электроды. Она проходит через микропривод. Выдвиньте каждую трубку-носитель так, чтобы она выступала на 1 см над верхней частью опорной трубки микропривода, а затем приклейте трубку-носитель к опорной трубке с помощью пятиминутного эпоксидного клея или густого клея Sano Acro Lake.

Будьте предельно осторожны на этом этапе. Если клей стечет по внутренней стенке опорной трубки, это может привести к ее приклеиванию к стационарной направляющей трубке, что выведет микропривод из строя. Именно по этой причине мы поднимаем микроприводы перед установкой несущих трубок.

После того как все трубки-носители будут приклеены на место, снова полностью опустите микроприводы и с помощью нового лезвия бритвы обрежьте все трубки-носители вровень с нижней частью привода. Затем обрежьте трубки-носители острыми ножницами на один-два миллиметра выше верхней части микропривода. В завершение поместите плату интерфейса электродов на основание привода и закрепите её двумя винтами.

На данном этапе массив приводов готов к установке электродов и началу экспериментов. Обычно мы используем четырехканальные микропроволочные электроды, называемые тетродами, однако можно использовать любой тип электродов. Изготовление тетрод, способ их установки в микроприводы и подготовка массива приводов к хирургической имплантации подробно описаны в других видео JoVE.

Данный протокол можно использовать без изменений или модифицировать в соответствии с вашими целями. Например, некоторым исследователям могут потребоваться винты большей длины для регистрации сигналов из более глубоких структур мозга. Другие могут пожелать сконструировать привод, нацеленный на несколько областей мозга.

При внесении небольших модификаций конструкцию можно миниатюризировать для использования на более мелких животных, например, на мышах; в этом случае могут быть применены моторизованные микроприводы, позволяющие дистанционно регулировать положение электродов. Мы продемонстрировали способ проектирования и изготовления массива микроприводов, который можно имплантировать в голову крысы, что позволяет регистрировать активность больших популяций нейронов во время активного движения животного. При выполнении данной процедуры важно помнить о необходимости тщательной нарезки отверстий в пластиковом основании, чтобы винты микропривода не проскальзывали.

Проведите тщательную проверку качества изготовленных микроприводов. Убедитесь, что винт и опорная трубка параллельны, а винт вращается плавно и без люфта. При использовании клея или стоматологического акрила соблюдайте осторожность, чтобы случайно не закупорить трубки.

Наконец, помните, что для завершения сборки MyDrive перед проведением операции необходимо будет изготовить тетросы и ввести низкую дозу в привод. Эта процедура описана в другой статье JoVE. На этом всё.

Благодарим за просмотр и желаем удачи в ваших экспериментах.