Построение и внедрение микроэлектродных массивов из углеродного волокна для хронических и острых записей in vivo

Настольная конструкция, описанная здесь, является одной из немногих доступных в настоящее время электродных технологий, которые позволяют записывать из плотных кластеров нейронов и следовать за многими из этих нейронов с течением времени. Микроэлектродные массивы из углеродного волокна недороги в строительстве. Они маленькие, биосовместимые и двигаются вместе с мозгом, что позволяет вести здоровые и стабильные записи.

Углеродные волокна чрезвычайно тонкие, и изначально их очень трудно увидеть. Однако после нескольких дней работы с ними ими становится легче манипулировать. Для начала укладываем кусок двусторонней ленты на две длинные стороны кассеты, выравнивая край ленты с внутренним краем кассеты.

Чтобы подготовить инструмент для манипуляций с углеродным волокном, оберните небольшой кусочек клейкой пленки вокруг иглы 30 калибра, чтобы сформировать острую, но гибкую точку с пленкой. Далее отделяют отдельные волокна от обожженного пучка и укладывают их параллельно короткой стороне кассеты, сохраняя расстояние в два-три миллиметра. Обеспечив установку от 20 до 30 волокон на каждую кассету, запечатайте волокна на месте, уложив прозрачную ленту поверх двойной палочной ленты, и поместите заполненные кассеты в держатель кассеты.

Чтобы собрать микроэлектродную решетку из углеродного волокна, начните подачу каждого провода заземления через соответствующий канал на соединительном конце джига и продолжайте до тех пор, пока два конца не будут равны по длине. Затем скрутите их вместе, чтобы закрепить их на джиге. Примените зубной цемент, отвержденный УФ-излучением, чтобы закрепить проволоку, гарантируя, что зубной цемент не попадет в открытый канал, откуда проволока подается.

Используйте палочку для УФ-отверждения, чтобы вылечить зубной цемент в течение 20 секунд и выровнять джиг и тиски таким образом, чтобы был виден конец соединителя, таз и наконечник воронки. Затем сориентируйте джиг так, чтобы воронка указывала в сторону от пользователя, а соединитель заканчивался лицом к пользователю. Затем сдвиньте наконечник иглы 25 калибра к кассете в потенциальном месте удаления волокна и вырежьте одно углеродное волокно из кассеты.

Держите свежеразрезанный свободный конец волокна с помощью инструмента из углеродного волокна и с помощью иглы отрежьте другой конец волокна от кассеты. Затем снова используйте инструмент из углеродного волокна, чтобы поднять углеродное волокно таким образом, чтобы один конец был около одного сантиметра в длину от инструмента. Используйте инструмент из углеродного волокна, прикрепленный к волокну, чтобы подать более короткий конец волокна через кусок воронки из среднего бассейна джига.

Продолжайте подавать волокно через воронку джига до тех пор, пока большая часть длины волокна не пройдет. Подайте заднюю часть волокна через доступный канал с помощью инструмента из углеродного волокна. Продолжайте подавать через спину до тех пор, пока около пяти миллиметров волокна не выльется наружу или не разрежьте по размеру, если это необходимо.

Чтобы удалить изоляцию на конце разъема, используйте стандартную зажигалку искрового колеса, чтобы пропустить пламя по открытым волокнам, а затем подайте пламенное волокно через джиг, чтобы пламенная часть волокна теперь находилась в канале, гарантируя, что волокна не торчат из задней части джига. Нанесите УФ-отвержденный зубной цемент на тазовые волокна джига, чтобы заполнить весь таз, покрыв отверстия как каналов, так и воронки. После снятия джига с тисков и ориентации джига так, чтобы воронка указывала вниз, закрепите джиг концом разъема, направленным вверх.

Заполните иглу серебряным принтом и осторожно вставьте иглу в один канал, пока не остановит зубной цемент. Чтобы заполнить канал краской, медленно нажмите на шприц, снимая иглу с канала, затем окуните аппликатор хлопкового наконечника в разбавитель краски и очистите основание поверхности джига от любой краски. Теперь вставьте разъем головной ступени в правильной ориентации, выровняв контакты с каналами.

Как только разъем головной ступени сядет прямо, вертикально и будет как можно более смыт к джигу, закрепите разъем головной ступени на джиг, нанеся зубной цемент вдоль края, где разъем головной ступени встречается с джигом, а затем отвержьте УФ-излучение в течение 20 секунд. Чтобы разрезать наконечник электрода на нужную длину, опустите электрод в стакан с деионизированной или дистиллированной водой до тех пор, пока наконечник воронки не будет полностью погружен и не будет нормально удерживаться на поверхности. Теперь соберите отдельные углеродные волокна вместе, удалив электрод из воды.

Уложите электрод так, чтобы волокна лежали заподлицо на направляющей поверхности и разрезайте волокна до нужной длины скальпелем в движении качения, затем прикрепите электрод к многоэлектродному тестеру импеданса с помощью соответствующего адаптера и проверьте импеданс. Теперь опустите наконечник электрода примерно на два миллиметра в микроцентрифужную трубку 0,1 молярного PBS и вставьте заземляющий провод в трубку микроцентрифуги. Чтобы уменьшить импеданс наконечника электрода, вводят положительный ток с выбранной амплитудой и длительностью, а затем промывают волокна в деионизированной или дистиллированной воде для очистки.

Далее, чтобы выполнить гальваническое покрытие в позолоченном растворе, опустите наконечник пучка электродов примерно на два миллиметра в микроцентрифужную трубку в гальванической смеси и вставьте заземляющий провод в трубку микроцентрифуги. Затем задайте соответствующие параметры для гальванического покрытия. Тщательно промойте волокна деионизированной или дистиллированной водой после гальванического покрытия.

На репрезентативном SEM изображении подготовленного углеродного волокна был показан позолоченный раствор, сконцентрированный на кончике. Гальваническое покрытие волокна золотом приводило к уменьшению импедансов, пригодных для записи. Значения импеданса от 300 каналов после первоначальной резки, впрыска положительного тока и гальванического покрытия показали снижение значений импеданса после каждого этапа обработки.

Умеренная продолжительность гальванического покрытия золота привела к появлению небольших и округлых отложений на кончиках пучков углеродного волокна. Кроме того, проанализирована стабильная 64-канальная электрофизиологическая активность в ретросплениальной коре свободно ведущего себя взрослого самца мыши. Результаты продемонстрировали постоянство качества записи, надежное обнаружение одного блока, согласованность во времени, как показывают ненормализованные формы сигналов шипов, и стабильный уровень шума.

Кроме того, исходное напряжение, отслеживаемое через 11 месяцев после имплантации, показало надежный потенциал локального поля. Здесь также показан репрезентативный пример острой 16-канальной микроэлектродной решетки из углеродного волокна, полученной из первичной зрительной коры взрослой самки хорька. Микроэлектродные массивы углеродного волокна позволяют кратковременно или хронически регистрировать близлежащие нейроны в мозге в течение длительных периодов времени, что важно для понимания нейронных цепей.