Summary
このプロトコルでは、ラットの慢性的な電気生理学的記録のためのマイクロドライブのアレイを作製する方法を示します。
Abstract
神経細胞の大集団の慢性的な記録は、覚醒行動をラットの神経回路の機能を研究するための貴重なテクニックです。 tetrodesの高密度配列を運ぶ軽量の記録装置は、個々のニューロンの数十〜数百の活動の同時モニタリングが可能になります。ここでは、21独立可動マイクロドライブを搭載したマイクロドライブアレイの製造のためのプロトコルについて説明します。このデバイスは、私たちの研究室における海馬と皮質ニューロンから記録するために首尾よく使用されています。我々は、設計されたカスタム、マイクロドライブを保持する3次元印刷、プラスチック基盤を準備する方法を示します。我々は、個々のマイクロドライブを構築する方法と、完全なマイクロドライブアレイをアセンブルする方法を示しています。ドライブアレイと金メッキにtetrodesのロードなどtetrodesの製作など、外科的移植のためのドライブアレイの準備は、、、その後のビデオの記事で覆われている。
Protocol
- マイクロドライブアレイの概要
完全なマイクロドライブアレイは、複数の主要コンポーネント（図1）で構成されています：- 独立して可動マイクロドライブ21を保持するプラスチック製のベースを設計されたコンピュータ。
- 固定テトロードのガイドチューブのセットが収集されているベースの下部にカニューレ。
- それぞれが個別にネジを使用して駆動できるもの四極管とを運ぶことが21マイクロドライブ。
- tetrodesとプリアンプの間に相互接続するための電極のインタフェースボード。
- 保護円錐（図1には図示せず）
- 完全に組み立てられたマイクロドライブアレイでは、プラスチック製のベースは、すべてのマイクロドライブを保持しています。各マイクロドライブは、単一の四極管を運ぶ。テトロードは、電気的にマイクロドライブアレイの最上部電極のインタフェースボードに接続され、マイクロドライブアレイの最下部に脳に向かって終了するには、固定ガイド管を通過する。各マイクロドライブの進歩や後退四極管にねじを回す。
- プラスチックベースの設計
我々は3次元CADソフトウェアパッケージ（ソリッドワークス）のマイクロドライブアセンブリのベースを設計。この社内の設計プロセスの利点は、迅速なターンオーバーと設計の柔軟性です。ウィルソンの研究室では、各実験の特定の要求の方に連動この部分の多くの亜種を、設計している。 3次元モデルファイルは、それが光造形を用いてレーザー硬化性液状樹脂から印刷されているサービスビューローに送信されます。ターンアラウンドタイムは、わずか2日です。結果として得られる部分は再利用可能な、軽量であり、スレッドを保持するために機械加工することができます。このプロトコルでは、21マイクロドライブを保持する単一の記録部位とで設計されているドライブのベースを使用します。 SolidWorksのデザインファイルは、要求に応じて利用可能になります。 - プラスチックベースの調製
プラスチック製のベースは、電極界面のボードと保護コーンを取り付けるために、マイクロドライブとネジに対応するために処理されます。それは確実にプラスチック製のベースの穴にスムーズに印刷することは、私たちは、掘削によってそれらを展開し、アンダーサイズの穴を設計する。慎重に、非常に低い速度で掘削する前に既存の穴の軸とドリルビットの位置を合わせます。可変速度/トルクハンドドリルでは、このタスクに適しています。- ＃61ビットを使用してマイクロドライブのネジ（外輪）のために21のパイロット穴を開けます。
- 第65ビットを使用してマイクロドライブをサポートチューブ（内輪）で21穴を開けます。
- 電極インタフェースボード、1.55 mmのビットを使用して保護コーンを取り付けるために使用される穴を開けます。
- それは、プラスチックベースの位置に揃うように、ピンセットやペンチを使って穴の内輪の各々にスリーブ（5 mm長20 Gaの薄肉ステンレスチューブ）を圧入。袖にはマイクロドライブのサポートチューブのスムーズな動きを確認してください。
次に、ねじを保持するすべての穴がタップされています。印刷されたプラスチックで、典型的なスレッド切削タップよりも耐久性のあるスレッドのスレッドフォーミングタップの結果。タップのこのスタイルは、大規模なパイロットの穴が必要です。タップを保持するためにハンドヘルドピンの万力を使用： - 使用されているネジのサイズ（M1.2x0.25）と乾燥した潤滑剤に一致するタップを使用してマイクロドライブのネジ用の穴をタップします。下穴とタップの位置を合わせるために、その隣にスリーブに23 Gaのチューブの長さを挿入する。
- 私たちのプラスチックベースの設計は、最初のスレッドはスレッドプロセス中に損傷していないことを確認するために、各マイクロドライブのネジ穴のタップスターターを備えています。すべての穴がスレッド化された後、これらのタップのスタータは、簡単にカミソリの刃を使用してオフにスナップすることができます。
- 電極のインタフェースボードと1から72タップを使用して保護コーンのためにねじを保持する穴をタップします。
- 電極のガイドチューブの挿入
- すべての固定電極のガイドチューブを保持しているカニューレを行うには、13 Gaのステンレスチューブの1.5センチメートル - 長い部分をカットし、歯のアクリルで密着性を高めるためドレメル砥石で表面を粗面化する。
- プラスチックベースの下部の穴にこのカニューレを挿入し、それがドライブの縦軸との共直線であることを確認し、歯のアクリルまたはエポキシで固定します。外科的移植を容易にするために露出カニューレ5〜7 mmのままに。
- 6cmの長さにカミソリの刃21と固定電極のガイドチューブを（：：0.0071"0.0116、外径"柔軟性はチューブ、内径をポリイミド）カット。
- ガイドチューブドライブの基盤の上にある袖と下部コレクタのカニューレを介してすべての方向に一つずつ給紙します。必要に応じて視覚的にねじれたり極端に折り曲げないと交換するチューブを確認してください。挿入とテトロード案内管の並列配置を容易にするためには、最初に21のガイドチューブのバンドル全体を送り始めることができます下からコレクタカニューレ。その後、一度に1つずつバンドルからガイドチューブを取り外して、バンドルに残っている穴を通してプラスチックベースの上からそれを養う。
- 彼らは、プラスチックベースの上からわずか1〜2 mmに拡張するまで、ガイドチューブを押し下げ。彼らはコレクターのカニューレを終了するとガイドチューブの端に任意の接着剤の流れをアップさせるように注意しながら、チューブに薄いシアノアクリレート接着剤の少量を適用します。
- コレクタカニューレの下部にガイドチューブのバンドルから余分をカットする新鮮なカミソリの刃を使用。
- マイクロドライブの作製
各マイクロドライブは、カスタム加工のネジと中空支持管（図2）で構成されています。ねじとサポートチューブはネジで唇が（図2B）自由に回転するネジを残して、アクリルに埋め込まれるように一緒に添付されています。ネジは、プラスチックベースに、スレッド化され、そして支持管は、それが運ぶことテトロードを進めたり、後退、ネジを回すと上下に駆動されるか。行動を動物の調整を容易にするため、ネジの頭部は半筒状になります。このネジ用のカスタムドライバを行います。- 15 Gaのステンレス鋼管の5センチカット。
- カスタムネジのいずれかを取ると突出リップをオフに挽く。
- ネジの上部は、チューブの端と同じ高さになるまでチューブにネジを差し込んで。
- ネジがカニューレに対して回転できないようにロックのプライヤーで繰り返しねじ山の周りにチューブをつぶす。
- カスタムスクリュードライバーを保持するためのピンの万力を使用してください。
製造するために我々は小さな井戸（3ミリ× 5ミリメートル、2ミリメートルの深）を使った3次元印刷、プラスチック金型を使用してマイクロドライブ。それぞれがうまくサポートチューブとネジのために、2mmの間隔をあけ底面に2つの穴を、持っています。また、金型はよくして穴を作成するためのドリルプレスを用いて、デルリンなどのエンジニアリングプラスチックから作製することができます。 - 23 Gaの針を使用してサポートのカニューレ用の穴をクリアし、上記のプラスチック基盤、のために説明するようにネジ用の穴をタップすることで金型を準備します。
- テフロン潤滑剤や金型から硬化歯科アクリルのリリースを可能にするために石油ゼリーの薄膜と同様の内部ライン..
- ねじにテフロンの潤滑剤を塗布し、スレッドがちょうど井戸の底より下になるまで、カスタムメイドのドライバーを使って金型に挿入します。
- 歯科アクリルの接着性を高めるために砥石を14 mmのロングサポートチューブの上部に2〜3ミリメートル（23 Gaのステンレスチューブ）を粗面化する。カニューレの上部には、井戸の上部とネジの上部の中間になるまで、金型に挿入します。
- 井戸に歯のアクリルを注ぐ。攪拌運動はスクリューと支持管の周囲のすべてのスペースにその歯のアクリルの流れを確保するために使用されます。小さな針で気泡を取り除く。
- 歯科アクリルが完全に硬化するまで待ちます（15〜30分）し、次に反時計回りにねじを回すことで金型からマイクロドライブを取り外します。
- マイクロドライブの品質チェックを行うことが重要です。通常、厚すぎたり、薄すぎていた歯科アクリルによって引き起こされるクラック及び/または気泡のための硬化歯科アクリルを、点検してください。また、ねじとサポートチューブが互いに平行であるとネジがスムーズに入ることを確認してください。これらの基準を満たしていないマイクロドライブのネジと支持管は歯のアクリルからフリーとリサイクルクラックすることができます。
- あなたが21マイクロドライブを持って繰り返し、5.11経由5.6を繰り返します。
- マイクロドライブアレイの最終組み立て
- プラスチック製のドライブをベースに各マイクロドライブを下ろします。各マイクロドライブサポートチューブは、そのスリーブの内部とその固定ガイド管を介し両方スムーズに移動する必要があります。マイクロドライブが低下しているとして、ガイドチューブが曲がっていないことを確認してください。
- マイクロドライブは完全に低下して、代わりに電極のガイドチューブを固定するために、ドライブベースの内側に歯のアクリルの薄い層を追加します。
- すべての道歯科アクリルを追加する前に、マイクロドライブを下げるために、障害がマイクロドライブの動きの袖と閉塞アップアクリルのすべての方法をウィッキングになることに注意して下さい。
- マイクロドライブ1-21をラベルを付けます。
- 上下逆さまにドライブアレイの電源を入れ、ガイドチューブの束の写真を撮る。この画像は、各マイクロドライブに対応するガイドチューブの位置をマッピングするのに使用されます。
- 数mmで、すべてのマイクロドライブを持ち上げます。
- ドライブベースの底から各ガイドチューブにキャリアのチューブを（0.005"）ポリイミド挿入。キャリアチューブは写真で完全に下げ、マイクロドライブとし、レコードの先頭から1,2 mmに拡張できますの身元マイクロドライブに対応する。
- 接着剤5分エポキシまたはシアノアクリレート接着剤を使用してマイクロドライブをサポートチューブへのキャリアのチューブ。薄すぎると接着剤またはエポキシをサポートカニューレを流下し、フリーのmicro -ドライブの動きや、悪いことを妨害されることに注意し、ガイドカニューレに固定してください。この問題が発生した場合は、その特定のマイクロドライブのユニットを使用することはできません。
- 完全にすべてのマイクロドライブを下げます。新鮮なカミソリの刃を使用してコレクタのカニューレの下部にあるフラッシュからすべてのキャリアのチューブをカット。
- 最後に、2本のネジ（：1〜72、長さ：3 / 16"サイズ）を使用してドライブをベースにNeuralynx電極界面のボードをマウントします。
この時点で、ドライブアレイは、tetrodesをロードする準備ができています。 tetrodesの作製、マイクロドライブにロードする方法、および外科的移植のためにドライブのアレイを準備するためには、その後のビデオの記事の主題である。
図1完成したマイクロドライブアレイのモデル。マイクロドライブアレイは、いくつかの主要なコンポーネントで構成されています：; tetrodesが脳を入力したコレクタのカニューレ、プラスチック製のドライブベース21、マイクロドライブ、各ドライブの単一四極管、プリアンプに接続する電極のインタフェースボード。
図2カスタムマイクロドライブのネジ。カスタムスクリューデザインのA.技術的な図面 。ネジは、ネジ部（M1.2x0.25、1.2 mmの直径、0.25ミリメートル/回転）を搭載しています。、私たちのカスタムメイドのスクリュードライバーとリップと滑らかな部分を（詳細を参照）と一致するハーフシリンダーヘッドをB.モデルの完全なマイクロドライブ。サポートチューブとカスタムネジは歯科用セメントで接続されています。ネジのリップは歯科用セメントに埋め込まれ、上下にサポートチューブを運転中に自由回転が可能です。
追加ファイル
我々は、印刷されたドライブのベース、保護コーンとSolidWorks 2008 3D CADソフトウェアのマイクロドライブを構築するための金型を設計した。
- ファイルをダウンロードしてください： DriveBase.sldprtドライブベースのモデルと保護コーンとキャップが含まれています。
- ファイルをダウンロードしてください： MicroDriveMold.sldprtマイクロドライブ型のモデルを含む
3Dプリントサービスビューローは、直接ネイティブのSolidWorksファイルを扱うのではなく、光造形CAD形式（STL）のデザインファイルを必要とすることはできません。 ：我々は同様にSTL形式でデザインを含むSolidWorksソフトウェアへのアクセスを持っていないが、それでもビデオの記事で使用する印刷部品を使用したい人のための
- ファイルをダウンロードしてください： DriveBase.stlドライブベースのモデルを含む
- ファイルをダウンロードしてください： MicroDriveMold.stlマイクロドライブ型のモデルを含む
- ファイルをダウンロードしてください： ProtectionCap.stl保護コーン用キャップのモデルを含む
- ファイルをダウンロードしてください： ProtectionCone.stl保護円錐のモデルを含む
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Discussion
このプロトコルは、マイクロドライブの構築プロセスの一般的な機能について説明します。それが正常に複数の記録ターゲットまたはマウスの録音のための小さなアレイでドライブアレイを生成するように変更されています。海馬からの録音に加えて、多くの研究者は、皮質とサブ皮質の構造を対象とし、これらのドライブを使用してください。長いネジの使用は、より深い脳の構造から記録するために、必要な場合があります。ドライブベースの広範な修正を加えることにより、電動では、私がより正確に、リモートテトロードの調整（山本とウィルソン、2008）ので、手動でオンになっれたものの代わりに使用されるドライブ。カスタマイズされた固定ガイドカニューレの手配は、皮質と海馬のtetrodesの分布における空間制御を達成するために円形の主なカニューレの代わりに使用されている。
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Acknowledgments
我々は、マウスからの録音のための私たちのラボのコンピュータ - に設計された、3次元印刷のドライブの使用を発信したライナスD. SunとJeenahユングを、感謝したい。さらに、我々はマイクロドライブやラボでのテトロードの技術開発への貢献のためにすべての過去および現在のウィルソンの研究室のメンバーに感謝します。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D-printed plastic parts | Material | American Precision Prototyping (www.approto.com) | |
| stainless steel tubing | Material | Small Parts (www.smallparts.com) | |
| Dental cement powder | Material | A-M Systems (www.a-msystems.com) | 525000 |
| Dental cement solvent | Material | A-M Systems | 526000 |
| Electrode interface board | Material | Neuralynx (www.neuralynx.com) | EIB-81 |
| micro-drive screws | Material | Advanced Machining and Tooling (www.amtmfg.com) | |
| ’Tap-Ease’ tapping lubricant | Tool | AGS Company | TA-2 |
| Polyimide tubing | Material | IWG High Performance Conductors (www.iwghpc.com) | |
| Cordless drill/driver | Tool | DeWalt (www.dewalt.com) | DC750KA |
| Variable-Speed Rotary Tool Kit with Flex-Shaft | Tool | Dremel (www.dremel.com) | 3956-02 |
| Razor blades | Tool | VWR (www.vwr.com) | 55411-050 |
| Watch glass | Tool | VWR | 66112-107 |
| Tap for custom screws | Tool | Balax | 01302 |
| Taps | Tool | Small Parts | HSBT-0172, HSBT-0080 |
| Pin vise | Tool | Vargus | 3SHC1--I |
| Drill bits | Tool | Small Parts | |
| Benchtop vise | Tool | Panavise | 301 |
| No.2 Dumont forceps | Tool | Stoelting (www.stoeltingco.com) | 52100-27 |
| 5-minute epoxy | Tool | Allied Electronics (www.alliedelec.com) | |
| Accu-Tek Carbofib Tip Tweezers | Tool | Aven (www.aveninc.com) | 18768 (Pattern 304) |
| Micro Dissecting Scissors | Tool | Biomedical Research Instruments (www.biomedinstr.com) | 25-1000 |
| Xcelite 378M Pliers | Tool | Newark | 96F8903 |
| mini pin vise | Tool | MSC Industrial Supply (www.mscdirect.com) | 00920314 |
References
- Yamamoto, J., Wilson, M. A. Large-scale chronically implantable precision motorized microdrive array for freely behaving animals. J. Neurophysiol. 100 (4), 2430-2440 (2008).
