मेष इलेक्ट्रॉनिक्स जांच मूल एकीकृत और मस्तिष्क के भीतर स्थिर, दीर्घकालिक, एकल ंयूरॉन स्तर रिकॉर्डिंग प्रदान करते हैं । इस प्रोटोकॉल में vivo प्रयोगों के लिए मेष इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करता है, जाल इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण को शामिल, सुई में लोड हो रहा है, stereotaxic इंजेक्शन, इनपुट/आउटपुट का सामना करना पड़, रिकॉर्डिंग प्रयोगों, और जाल युक्त ऊतक के प्रोटोकॉल जांच.
प्रत्यारोपित मस्तिष्क इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी जांच अपने उथले और गहरे मस्तिष्क क्षेत्रों से उच्च spatiotemporal संकल्प के साथ तंत्रिका गतिविधि को रिकॉर्ड करने की क्षमता के कारण तंत्रिका विज्ञान में मूल्यवान उपकरण हैं । उनके उपयोग, हालांकि, यांत्रिक और संरचनात्मक जांच और मस्तिष्क ऊतक है कि आमतौर पर पुरानी रिकॉर्डिंग प्रयोगों में जिसके परिणामस्वरूप संकेत अस्थिरता के साथ micromotion और gliosis के लिए नेतृत्व के बीच बेमेल द्वारा बाधा किया गया है । इसके विपरीत, सिरिंज इंजेक्शन के माध्यम से ultraflexible मेष इलेक्ट्रॉनिक्स के आरोपण के बाद, मेष जांच एक निर्बाध, gliosis के आसपास मस्तिष्क ऊतक है कि व्यक्तिगत ंयूरॉंस के स्थिर ट्रैकिंग में सक्षम बनाता है के साथ मुक्त इंटरफेस फार्म टाइमस्केल. इस प्रोटोकॉल विवरण एक ठेठ माउस तंत्रिका रिकॉर्डिंग प्रयोग में महत्वपूर्ण कदम सिरिंज इंजेक्शन मेष इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग कर एक मानक photolithography में जाल इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण सहित कई विश्वविद्यालयों में संभव प्रक्रिया के आधार पर, लोड हो रहा है मानक केशिका सुई में मेष इलेक्ट्रॉनिक्स, vivo मेंstereotaxic इंजेक्शन, जाल इनपुट का कनेक्शन/मानक इंस्ट्रूमेंटेशन इंटरफेस करने के लिए, रोका या आज़ादी से चलती रिकॉर्डिंग सत्र, और मस्तिष्क के ऊतकवैज्ञानिक अनुभाग ऊतक मेष इलेक्ट्रॉनिक्स युक्त । प्रतिनिधि तंत्रिका रिकॉर्डिंग और प्रोटोकॉल डेटा प्रस्तुत कर रहे हैं । इस प्रोटोकॉल से परिचित जांचकर्ताओं को अपने स्वयं के प्रयोगों में मेष इलेक्ट्रॉनिक्स को शामिल करने और अद्वितीय दीर्घकालिक स्थिर तंत्रिका सामना करना पड़ के अवसरों का लाभ लेने के लिए आवश्यक ज्ञान होगा, जैसे उंर बढ़ने के अध्ययन के रूप में प्रक्रियाओं, मस्तिष्क के विकास, और मस्तिष्क की बीमारी के रोगजनन ।
एकल ंयूरॉन संकल्प के साथ मस्तिष्क मानचित्रण के लिए सक्षम उपकरणों के विकास तंत्रिका विज्ञान और तंत्रिका विज्ञान के लिए केंद्रीय महत्व का है । electroencephalography (ईईजी), magnetoencephalography (मेग), और कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) के रूप में तंत्रिका अध्ययन के लिए इनवेसिव प्रौद्योगिकियों मानव में व्यवहार के साथ correlating मस्तिष्क गतिविधि के लिए मूल्यवान साबित कर दिया है1, 2, लेकिन वे spatiotemporal संरचना और उनके मौलिक माइक्रोमीटर और मिलीसेकंड तराजू, क्रमशः3,4पर तंत्रिका नेटवर्क की गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए आवश्यक संकल्प की कमी है । कुछ electrocorticography (ECoG) जांच और वोल्टेज के प्रति संवेदनशील रंगों का उपयोग ऑप्टिकल इमेजिंग तरीकों vivo5,6में एकल इकाई spiking गतिविधि रिकॉर्डिंग में सफल रहा है, लेकिन वे आम तौर पर केवल के पास प्रभावी रहे है मस्तिष्क की सतह, उथले मस्तिष्क क्षेत्रों के अध्ययन के लिए प्रयोज्यता सीमित । इसके विपरीत, प्रत्यारोपित विद्युत जांच में एकल ंयूरॉन इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी उपाय कर सकते है आज़ादी से लगभग किसी भी मस्तिष्क क्षेत्र से फ्लोरोसेंट लेबलिंग के लिए आवश्यकता के बिना पशुओं को ले जाने, उंहें सिस्टम के लिए अपरिहार्य स्तर तंत्रिका विज्ञान, विशेष रूप से बना अर्धचालक उद्योग से microfabrication तकनीक के रूप में सैकड़ों और हजारों में चैनल गिनती धकेल दिया है3,7,8,9। इन क्षमताओं के आधार पर, प्रत्यारोपित विद्युत जांच तंत्रिका विज्ञान और तंत्रिका विज्ञान के लिए कई महत्वपूर्ण योगदान दिया है, दृश्य प्रणाली10में सूचना प्रसंस्करण के मौलिक अध्ययन, स्नायविक के उपचार सहित इस तरह के पार्किंसंस रोग11के रूप में विकारों, और मस्तिष्क मशीन इंटरफेस (BMIs) के प्रदर्शन उन्नत कृत्रिमताओं के लिए12,13.
फिर भी, लंबे समय तक अस्थिरता स्पाइक आयाम और14महीने के लिए सप्ताह के timescales पर अस्थिर संकेतों को कम के रूप में प्रकट,15 अपेक्षाकृत अल्पकालिक के अध्ययन के लिए प्रत्यारोपित जांच की प्रयोज्यता सीमित है घटनाएं, जैसे मस्तिष्क उंर बढ़ने और विकास काफी हद तक अनुत्तरित के रूप में सवाल छोड़ । दीर्घकालिक अस्थिरता में सीमाएं पारंपरिक जांच और आकार, यांत्रिकी, और टोपोलॉजी14,15, 16,17,18में मस्तिष्क के ऊतकों के बीच एक बेमेल का परिणाम है । आकार के संदर्भ में, जबकि न्यूरॉन synapses और सोमता nanometers के दसियों व्यास19में micrometers के लगभग दसियों हैं, क्रमशः, पारंपरिक जांच अक्सर काफी बड़ा कर रहे हैं, सिलिकॉन microelectrode arrays के मामले में > 4 बार एक एकल ंयूरॉन कोशिका शरीर के आकार7,8। इन जांचों के अपेक्षाकृत बड़े आकार प्राकृतिक संरचना और घने तंत्रिका ऊतक के संपर्क को बाधित कर सकते हैं, इस प्रकार पुरानी प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के लिए योगदान और perturbing तंत्रिका सर्किट का अध्ययन किया जा रहा है । यांत्रिक गुणों के संदर्भ में, पारंपरिक जांच बेहद नरम तंत्रिका ऊतक जिसमें वे प्रत्यारोपित कर रहे है की तुलना में काफी कड़ा कर रहे हैं; यहां तक कि “लचीले” जांच से बना 10-20 polyimide के µm मोटी चादरें कम से १००,००० बार मस्तिष्क ऊतक20,21से कड़ा है । झुकने कठोरता में यह बेमेल जांच और मस्तिष्क ऊतक के बीच रिश्तेदार कतरनी गति का कारण बनता है, विस्तारित रिकॉर्डिंग के दौरान अविश्वसनीय एकल इकाई ट्रैकिंग और आरोपण साइट पर पुरानी gliosis उत्प्रेरण के लिए अग्रणी । अंत में, पारंपरिक मस्तिष्क जांच के टोपोलॉजिकल संरचना जरूरी ऊतक के एक ठोस मात्रा शामिल नहीं है । टोपोलॉजी में ऐसे बेमेल तंत्रिका सर्किट की कनेक्टिविटी बाधित, precludes प्राकृतिक तीन आयामी (3 डी) न्यूरॉन्स, glial कोशिकाओं के प्रवेश वितरण, और मस्तिष्क ऊतक22के भीतर रक्त वाहिकाओं, और के 3 डी परिवहन में बाधा अणुओं23संकेत । एक साथ, पारंपरिक जांच की इन कमियों बना दिया है उंहें दीर्घकालिक संगतता नैदानिक अनुप्रयोगों और अनुदैर्ध्य तंत्रिका विज्ञान अध्ययन के लिए मांग की कम गिरावट के एकल ंयूरॉन स्तर पर ।
इन कमियों को दूर करने के लिए, हम तंत्रिका और इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों के बीच की रेखा को धुंधला “ऊतक की तरह” तंत्रिका जांच के एक नए प्रतिमान के विकास के द्वारा की मांग मेष इलेक्ट्रॉनिक्स16,21,24। मेष इलेक्ट्रॉनिक्स पते आकार, यांत्रिकी में ऊपर मिलान मुद्दों, और टोपोलॉजी शामिल करके (1) एक ही नैनोमीटर के संरचनात्मक सुविधाओं के माइक्रोमीटर आकार पैमाने पर तंत्रिका ऊतक, (2) यांत्रिक मस्तिष्क ऊतक के उन लोगों के लिए इसी तरह के गुण, और (3) एक 3 डी macroporous टोपोलॉजी है कि > 90% खुली जगह है और इस प्रकार extracellular पर्यावरण के माध्यम से ंयूरॉंस और अणुओं के प्रसार द्वारा पैठ को समायोजित । मेष इलेक्ट्रॉनिक्स जांच ठीक एक सिरिंज और एक सुई के माध्यम से विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों को दिया जा सकता है, जबकि गहरी मस्तिष्क क्षेत्रों में भी प्रत्यारोपन21,25न्यूनतम तीव्र क्षति के कारण. न्यूरॉन्स और axons के लिए खुला 3 डी मेष इलेक्ट्रॉनिक्स जांच संरचना घुसना करने के लिए दिखाया गया है सप्ताह के बाद इंजेक्शन, जिससे रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रॉनिक्स और आसपास मस्तिष्क ऊतक के बीच एक निर्बाध, gliosis-मुक्त इंटरफेस बनाने21 , 26 , 27. इन अनूठी विशेषताओं के जाल इलेक्ट्रॉनिक्स जांच सक्षम है छुरा से एक ही व्यक्ति ंयूरॉंस से spiking गतिविधि पर ट्रैक करने के लिए कम से एक साल टाइमस्केल27। इसके अलावा, photolithography के आधार पर मेष इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण (PL) इलेक्ट्रोड है कि शामिल किया जा सकता की संख्या के उच्च दरिद्रता प्रदान करता है, प्रदर्शन चैनल के साथ गिनती सरल संपर्क मुखौटा का उपयोग कर जांच प्रति १२८ इलेक्ट्रोड के लिए लिथोग्राफी 28 और एक प्लग और प्ले इनपुट/आउटपुट (I/O) डिजाइन कि परिधीय इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए रैपिड विद्युत कनेक्शन के लिए विशेष उपकरण के बिना अनुमति देता है29।
अध्ययन की एक विस्तृत रेंज माप प्रोटोकॉल में मेष इलेक्ट्रॉनिक्स को शामिल करने से लाभ हो सकता है । अधिकांश intracortical रिकॉर्डिंग प्रयोगों सिरिंज इंजेक्शन, काफी कम प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के माध्यम से मेष इलेक्ट्रॉनिक्स ‘ न्यूनतम इनवेसिव आरोपण प्रक्रिया से लाभ हो सकता है प्रत्यारोपण के बाद, और में मेष इलेक्ट्रॉनिक्स छोड़ने की क्षमता एक रिकॉर्डिंग साइट के आसपास के जैविक पर्यावरण के सटीक विश्लेषण के लिए बाद प्रोटोकॉल और immunostaining के दौरान ऊतक । विशेष रूप से पुरानी रिकॉर्डिंग प्रयोगों मेष इलेक्ट्रॉनिक्स की अद्वितीय क्षमता से मूल्य प्राप्त करने के लिए वर्ष के लिए महीने के लिए व्यक्तिगत ंयूरॉंस की बड़ी संख्या में ट्रैक होगा । इस क्षमता के साथ अध्ययन के लिए अवसर बनाता है एकल ंयूरॉन संकल्प है कि पहले अव्यावहारिक थे, जैसे तंत्रिका सर्किट के अनुदैर्ध्य एजिंग अध्ययन, विकासशील मस्तिष्क की जांच, और पूछताछ के रोगजनन में encephalopathies16.
इस प्रोटोकॉल में, हम एक ठेठ माउस में सभी महत्वपूर्ण कदम का वर्णन तंत्रिका रिकॉर्डिंग प्रयोग सिरिंज इंजेक्शन मेष इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग कर ( 1 चित्रादेखें) । वर्णित कदम कई विश्वविद्यालयों में एक मानक PL-आधारित प्रक्रिया में मेष इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण शामिल हैं, मानक केशिका सुई में मेष इलेक्ट्रॉनिक्स लदान, vivo मेंमेष इलेक्ट्रॉनिक्स के stereotaxic इंजेक्शन, के संबंध मानक इंस्ट्रूमेंटेशन इंटरफेस करने के लिए, रोका या आज़ादी से रिकॉर्डिंग सत्र चलती है, और मेष इलेक्ट्रॉनिक्स युक्त मस्तिष्क ऊतक के ऊतकवैज्ञानिक अनुभाग । कुछ शोधकर्ताओं ने केवल प्रोटोकॉल अध्ययन के लिए मेष इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग कर बिजली का सामना करना पड़ सकता है और रिकॉर्डिंग की आवश्यकता नहीं है, जो मामले में वे उन कदमों को छोड़ सकते हैं । इस प्रोटोकॉल के साथ खुद को परिचित करने के बाद, जांचकर्ताओं को अपने स्वयं के प्रयोगों में मेष इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करने के लिए आवश्यक सभी ज्ञान होना चाहिए ।
निर्माण और मेष इलेक्ट्रॉनिक्स के उपयोग में सभी कदम महत्वपूर्ण हैं, लेकिन कुछ विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं । उनके वेफर से मेष इलेक्ट्रॉनिक्स जारी करने से पहले, यह सतह ऑक्सीकरण करने के लिए आसानी से जलीय समाधान (step 1.6.1) में निलंबित जाल बनाने के लिए आवश्यक है । यदि यह चरण छोड़ दिया है, मेष आमतौर पर पानी की सतह पर नाव, उंहें सुई में लोड करने के लिए मुश्किल बना रही है, और यदि वे लोड किया जा सकता है, वे अक्सर कांच सुई के पक्षों के लिए छड़ी, बड़ी मात्रा की आवश्यकता होती है (> 100 µ एल) इंजेक्शन के लिए । रिहाई से पहले सतह ऑक्सीकरण करने के लिए विफलता, इसलिए, आम तौर पर इसका मतलब है कि मेष और इस्तेमाल नहीं किया जा सकता है निर्माण फिर से शुरू से प्रदर्शन किया जाना चाहिए । एक और महत्वपूर्ण कदम मेष इलेक्ट्रॉनिक्स झुका है “स्टेम” ~ ९० ° के दौरान I/O सामना करना पड़ रहा है (४.३ कदम) । कोण ९० ° से कम है, तो सभी ३२ मैं/O पैड ZIF कनेक्टर में फिट नहीं होगा; कुछ को अंत में कटौती करने के लिए प्रविष्टि की अनुमति होगी, जुड़े इलेक्ट्रोड की संख्या को कम करने । प्रक्रिया भी धीरे से स्टेम को तोड़ने से रोकने के लिए किया जाना चाहिए ।
मेष इलेक्ट्रॉनिक्स के डिजाइन photomasks को संशोधित करने और एक ही निर्माण 2 चित्रामें उल्लिखित प्रक्रिया का उपयोग करके विभिंन अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है । उदाहरण के लिए, जबकि मेष इलेक्ट्रॉनिक्स जांच चित्रा 9 में डेटा रिकॉर्ड करने के लिए इस्तेमाल किया ३२ रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड है डिजाइन किए गए थे माउस हिप्पोकैम्पस और प्राथमिक somatosensory प्रांतस्था, इलेक्ट्रोड स्थान ultraflexible मेष के भीतर हो सकता है वस्तुतः किसी भी मस्तिष्क क्षेत्र (ओं) को लक्षित करने के लिए चयनित, या उत्तेजना के लिए बड़ा इलेक्ट्रोड27शामिल किया जा सकता है । एक ही मूल जाल संरचना और निर्माण की प्रक्रिया को बनाए रखा है, लेकिन इलेक्ट्रोड स्थान और डिजाइन अध्ययन की जरूरतों को पूरा करने के लिए समायोजित कर रहे हैं. जांचकर्ताओं सावधानी का उपयोग करना चाहिए, तथापि, और हमेशा परीक्षण है कि संशोधित डिजाइन इरादा सुई के माध्यम से आसानी से इंजेक्ट किया जा सकता है । मेष इलेक्ट्रॉनिक्स के झुकने यांत्रिकी के लिए छोटे परिवर्तन इंजेक्शन पर पर्याप्त प्रभाव हो सकता है । ऐसा ही एक उदाहरण है कि एक ४५ ° कोण अनुप्रस्थ और अनुदैर्ध्य SU-8 रिबन के बीच एक मेष इलेक्ट्रॉनिक्स जांच है कि facilely इंजेक्ट किया जा सकता है, लेकिन एक ९० डिग्री कोण परिणाम में एक है कि निचोडकर और सुइयों21सुई रोकना पैदावार ।
की प्रतिबाधा को मापने रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड समस्या निवारण के लिए उपयोगी है । एक 20-µm व्यास परिपत्र पीटी इलेक्ट्रोड एक प्रतिबाधा परिमाण के पास होना चाहिए 1 MΩ जब vivo में एक आवृत्ति 1 kHz या 1x में मापा29. यह मतलब है कि इलेक्ट्रोड उजागर नहीं है से काफी बड़ा प्रतिबाधा, के रूप में अगर यह photoresist अवशेषों के साथ दूषित है, या बिजली से जुड़ा नहीं हो सकता है. उत्तरार्द्ध हो सकता है यदि, उदाहरण के लिए, वहां धूल है कि PL में एक डिस्कनेक्ट में परिणाम के दौरान फोटो मास्क पर है, या एक जाल मैं/o पैड से संपर्क नहीं है ZIF कनेक्टर पिन के दौरान i/o सामना करना पड़ रहा है । एक प्रतिबाधा परिमाण मोटे तौर पर आधा अपेक्षित मूल्य पता चलता है कि चैनल आसंन एक करने के लिए कम हो सकता है, एक दूसरे के समानांतर में दो इलेक्ट्रोड impedances के एक सर्किट बनाने. मापा प्रतिबाधा मान समस्या निवारण के दौरान एक मार्गदर्शिका के रूप में कार्य; मेष इलेक्ट्रॉनिक्स की जांच की ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी के साथ संयुक्त, समस्या का स्रोत आमतौर पर पहचाना जा सकता है और अगले निर्माण चलाने या मैं में तदनुसार सही/
तीव्र अध्ययन के लिए सिरिंज इंजेक्शन मेष इलेक्ट्रॉनिक्स के उपयोग में सीमित है कि एक इकाई spiking गतिविधि आमतौर पर 1 सप्ताह पोस्ट इंजेक्शन27तक नहीं मनाया जाता है, हालांकि हाल ही में काम (अप्रकाशित) से पता चलता है कि इस मुद्दे को आसानी से दूर है । spiking गतिविधि को देखने के लिए आवश्यक समय के प्रमुख निर्धारकों जाल डिजाइन कर रहे हैं, तरल पदार्थ की मात्रा मेष इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ मस्तिष्क में इंजेक्शन, और इंजेक्शन के लिए इस्तेमाल सुई के व्यास, इन के दौरान ऊतक क्षति की डिग्री को प्रभावित के रूप में इंजेक्शन और उपचार की दर । बड़े इंजेक्शन मात्रा की आवश्यकता हो सकती है अगर मेष इलेक्ट्रॉनिक्स ऑक्सीजन प्लाज्मा के साथ एनआई नक़्क़ाशी में रिलीज करने से पहले इलाज नहीं कर रहे हैं; यही नहीं, अगर मेष हाइड्रोफिलिक नहीं है तो यह शीशे की सुई का पालन कर सकता है । कभी कभार, जाल दोष है कि झुकने यांत्रिकी जो उन्हें इंजेक्षन करने के लिए मुश्किल बनाने के लिए नेतृत्व किया है. मेष इलेक्ट्रॉनिक्स की लोडिंग के दौरान, यह है कि जाल आसानी से और सुचारू रूप से सुई के भीतर बढ़ रहे है की जांच करने के लिए महत्वपूर्ण है (के रूप में अनुपूरक वीडियो 1में दिखाया गया है) । यदि नहीं, तो एक अलग जाल इलेक्ट्रॉनिक जांच का इस्तेमाल किया जाना चाहिए । निर्बाध तंत्रिका सामना के लिए सबसे अच्छा परिणाम 10 के आदर्श इंजेक्शन संस्करणों के साथ प्राप्त किया जाएगा-50 µ एल इंजेक्शन मेष लंबाई के 4 मिमी प्रति । महीन मेष इलेक्ट्रॉनिक्स जांच के साथ और अधिक हाल के परिणामों के इंजेक्शन और/या छोटे व्यास केशिका सुई (के रूप में छोटे रूप में १५० µm भीतरी व्यास, २५० µm बाहरी व्यास) एक इकाई spiking इंजेक्शन (तीव्र माप) के बाद शीघ्र ही से मनाया जा सकता है कि दिखा लंबे समय के माध्यम से । मुखौटा डिजाइन फ़ाइलें इन महीन मेष संरचनाओं के लिए अनुरोध या संसाधन वेबसाइट, meshelectronics.org से उपलब्ध हैं । हम ४०० µm भीतरी व्यास (६५० µm बाहरी व्यास) सुइयों का उपयोग कर vivo मेष इंजेक्शन प्रक्रियाओं में हमारे समग्र उपज का अनुमान ७०% के आसपास हो, हालांकि उपज 80 के करीब है-१५० µm भीतरी व्यास के साथ हमारे और अधिक हाल के काम के लिए 90% (२५० µm बाहरी व्यास सुई. विफलता के लिए सबसे आम कारण हैं (1) कि मेष सुचारू रूप से सुई नहीं करता है, मस्तिष्क में अप्रत्याशित रूप से बड़े इंजेक्शन संस्करणों से मस्तिष्क शोफ में जिसके परिणामस्वरूप, मैनुअल हेरफेर के दौरान (2) जाल टूटना मैं/ओ के सामने आवश्यक प्रक्रिया, और (3) इंजेक्शन के दौरान एक रक्त वाहिका हानिकारक से खून बह रहा. इंजेक्शन के दौरान एक रक्त वाहिका हानिकारक दुर्लभ है (विफलताओं के 10% से कम के कारण) और छवि निर्देशित सर्जरी का उपयोग करके आगे कम किया जा सकता है. हम यह भी ध्यान दें कि रक्त वाहिकाओं की क्षति अभिकर्मक के लिए वायरल कणों के इंजेक्शन सहित मस्तिष्क के ऊतकों, के प्रवेश को शामिल प्रक्रियाओं की एक आम सीमा है, कठोर मस्तिष्क जांच के आरोपण, और मेष इलेक्ट्रॉनिक्स के इंजेक्शन ।
मेष इलेक्ट्रॉनिक्स जांच से छुरा रिकॉर्ड कर रहे है और एक ही व्यक्ति ंयूरॉंस ट्रैक करने के लिए कम से timescales वर्ष के लिए महीने और लगभग कोई पुरानी प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया आह्वान, के रूप में चित्र 9 और 10 चित्रा, क्रमशः में प्रदर्शन किया । यह एक महत्वपूर्ण लाभ का प्रतिनिधित्व करता है कन्वेंशन गहराई इलेक्ट्रोड, जो सामान्यतः कम स्पाइक आयाम, अस्थिर संकेतों, और लंबी अवधि रिकॉर्डिंग प्रयोगों14के पाठ्यक्रम पर जीर्ण सूजन से पीड़ित की तुलना में, 15. इसके अतिरिक्त, मेष इलेक्ट्रॉनिक्स लाभ है कि वे ऊतकवैज्ञानिक के दौरान ऊतक में छोड़ दिया जा सकता है, धुंधला, और इमेजिंग, पारंपरिक जांच के विपरीत, जो बहुत कठोर है और इसलिए प्रोटोकॉल से पहले हटा दिया जाना चाहिए विश्लेषण. इसलिए, मेष इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए अद्वितीय immunohistochemical विश्लेषण का उपयोग करने के लिए ठीक सेलुलर प्रत्येक रिकॉर्डिंग साइट आसपास के वातावरण का अध्ययन करने की क्षमता के लिए अनुमति देते हैं ।
यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल तंत्रिका विज्ञान में रोमांचक नए अवसरों को खोलता है । न्यूनतम इनवेसिव वितरण विधि और मस्तिष्क ऊतक के साथ मेष इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्बाध एकीकरण तंत्रिका सर्किट करने के लिए विघटन को कम करता है और पुरानी प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया है, जो पुराने तंत्रिका रिकॉर्डिंग प्रयोगों के सबसे प्रकार के लाभ सकता है बचा जाता है । मेष इलेक्ट्रॉनिक्स की क्षमता रिकॉर्ड करने के लिए और समय की लंबी अवधि के लिए एक ही ंयूरॉंस ट्रैक विशेष रूप से मिलीसेकंड-स्केल spiking गतिविधि को महीने के साथ सहसंबंधी बनाने की मांग के लिए ब्याज की होगी साल के लिए लंबी प्रक्रियाओं उंर बढ़ने के रूप में, मस्तिष्क रोग, या मस्तिष्क के विकास के रोगजनन16,18। इसके अतिरिक्त, इस प्रोटोकॉल को बढ़ाने और अनुकूलित करने के लिए पर्याप्त अवसर मौजूद हैं, जैसे कि डिजिटल division8,३५, वायरलेस जैसी कार्यात्मकता को कार्यांवित करने के लिए पीसीबी प्रमुख-चरण में सक्रिय इलेक्ट्रॉनिक्स जोड़ना संचार३५,३६,३७, और सिग्नल प्रोसेसिंग३५, सह इंजेक्शन स्टेम सेल या बहुलक के साथ जाल इलेक्ट्रॉनिक्स में सहायता करने के लिए ऊतक पुनर्जनन18,३८, ३९, और उच्च स्थानीयकृत और बहुआयामी मस्तिष्क जांच के लिए जाल इलेक्ट्रॉनिक्स में nanowire क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर (एफईटी) को शामिल24,29,४०,४१ ,४२.
The authors have nothing to disclose.
C.M.L. वैज्ञानिक अनुसंधान के वायु सेना कार्यालय (FA9550-14-1-0136), एक हार्वर्ड विश्वविद्यालय भौतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग त्वरक पुरस्कार, और स्वास्थ्य निदेशक पायनियर पुरस्कार के एक राष्ट्रीय संस्थानों द्वारा इस काम का समर्थन स्वीकार करता है ( 1DP1EB025835-01). T.G.S. राष्ट्रीय रक्षा विज्ञान और इंजीनियरिंग स्नातक फैलोशिप (NDSEG) कार्यक्रम के माध्यम से रक्षा विभाग (DoD) द्वारा समर्थन स्वीकार करता है । G.H. अमेरिकन हार्ट एसोसिएशन (16POST27250219) और राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान की उंर बढ़ने पर नेशनल इंस्टीट्यूट से स्वतंत्रता पुरस्कार (जनक K99/R00) के मार्ग से फैलोशिप समर्थन स्वीकार करता है । इस काम के हिस्से में हार्वर्ड यूनिवर्सिटी सेंटर फॉर नेनो सिस्टम्स (सीएनएस), नेशनल नैनो समंवित इंफ्रास्ट्रक्चर नेटवर्क (NNCI) के सदस्य, जो नेशनल साइंस फाउंडेशन द्वारा NSF ECCS अवार्ड सं के अंतर्गत समर्थित है, में प्रदर्शन किया गया । १५४१९५९.
Motorized stereotaxic frame | World Precision Instruments | MTM-3 | For mouse stereotaxic surgery |
512-channel recording controller | Intan Technologies | C3004 | A component of the neural recording system |
RHD2132 amplifier board | Intan Technologies | C3314 | A component of the neural recording system |
RHD2000 3-ft ultra thin SPI interface cable | Intan Technologies | C3213 | A component of the neural recording system |
Mouse restrainer | Braintree Scientific | TV-150 STD | Standard 1.25 inch inner diameter; used to restrain the mouse during restrained recording sessions. |
Si wafers | Nova Electronic Materials | 3" P <100> .001-.005 ohm-cm 356-406μm Thick Prime Grade SSP Si wafers w/2 Semi-Std. Flats & 6,000 A°±5% Wet Thermal Oxide on both sides. |
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Photomasks (chrome on soda lime glass) | Advance Reproductions | Advance Reproductions and other vendors manufacture photomasks from provided design files. Our photomask design files are available by request or from the resource website, meshelectronics.org. Alternatively, some university clean rooms have mask writers for making photomasks on site. | |
AutoCAD software | Autodesk Inc. | Design software for drawing photomasks. A free alternative is LayoutEditor. Our photomask design files are available by request or from the resource website, meshelectronics.org. | |
Thermal evaporator | Sharon Vacuum | Used to evaporate Ni, Cr, and Au onto mesh electronics during fabrication. Many university clean rooms have this or a similar tool. | |
SU-8 2000.5 negative photoresist | MicroChem Corp. | Negative photoresist used to define the bottom and top passivating layers of mesh electronics. | |
MA6 mask aligner | Karl Suss Microtec AG | Used to align each photomask to the pattern on the wafer and expose the wafer to UV light. Most university clean rooms have this or a similar tool. | |
SU-8 developer | MicroChem Corp. | Used to develop SU-8 negative photoresist following exposure to UV light. | |
LOR3A lift-off resist | MicroChem Corp. | Used with Shipley 1805 photoresist to promote undercutting during metal lift-off processes | |
Shipley 1805 positive photoresist | Microposit, The Dow Chemical Company | Positive photoresist used to define metal interconnects and Pt electrodes in mesh electronics | |
MF-CD-26 positive photoresist developer | Microposit, The Dow Chemical Company | To develop S1805 positive photoresist after exposure in a mask aligner. Many university clean rooms stock this chemical. | |
Spin coater | Reynolds Tech | For coating wafers with positive and negative resists. Most university clean rooms have spin coaters. | |
PJ plasma surface treatment system | AST Products, Inc. | Used to oxidize the surface of mesh electronics prior to release into aqueous solution. Most university clean rooms have this or a similar tool. | |
Electron beam evaporator | Denton Vacuum | For evaporating Cr and Pt during fabrication of mesh electronics. Many university clean rooms have this or a similar tool. | |
Remover PG | MicroChem Corp. | Used to dissolve LOR3A and Shipley S1805 resists during metal lift-off | |
Ferric chloride solution | MG Chemicals | 415-1L | A component of Ni etching solution |
36% hydrochloric acid solution | Kanto Corp. | A component of Ni etching solution | |
Glass capillary needles | Drummond Scientific Co. | Inner diameter 0.40 mm, outer diameter 0.65 mm. Other diameters are available. | |
Micropipette holder U-type | Molecular Devices, LLC | 1-HL-U | Used to hold the glass capillary needles during stereotaxic injection |
1-mL syringe | NORM-JECT®, Henke Sass Wolf | Used for manual loading of mesh electronics into capillary needles | |
Polyethylene intrademic catheter tubing | Becton Dickinson and Company | Inner diameter 1.19 mm, outer diameter 1.70 mm | |
5-mL syringe | Becton Dickinson and Company | Used in the syringe pump for injection of mesh electronics in vivo | |
Eyepiece camera | Thorlabs Inc. | DCC1240C | Used to view mesh electronics within capillary needles during injection |
ThorCam uc480 image acquisition software for USB cameras | Thorlabs Inc. | Used to view mesh electronics within capillary needles during injection | |
Syringe pump | Harvard Apparatus | PHD 2000 | Used to flow precise volumes of solution through capillary needles during injection of mesh electronics |
EXL-M40 dental drill | Osada | 3144-830 | For drilling the craniotomy |
0.9 mm drill burr | Fine Science Tools | 19007-09 | For drilling the craniotomy |
Hot bead sterilizer 14 cm | Fine Science Tools | 18000-50 | Used to sterlize surgical instruments |
CM1950 cryosectioning instrument | Leica Microsystems | Used to slice frozen tissue into sections. Many universities have this or a similar tool available in a shared facility. | |
0.3% Triton x-100 | Life Technologies | Used for histology | |
5% goat serum | Life Technologies | Used for histology | |
3% goat serum | Life Technologies | Used for histology | |
Rabbit anti-NeuN | Abcam | ab177487 | Used for histology |
Mouse anti-Neurofilament | Abcam | ab8135 | Used for histology |
Rat anti-GFAP | Thermo Fisher Scientific Inc. | PA516291 | Used for histology |
ProLong Gold Antifade Mountant | Thermo Fisher Scientific Inc. | P36930 | Used for histology |
Poly-D-lysine | Sigma-Aldrich Corp. | P6407-5MG | Molecular weight = 70-150 kDA |
Right-angle end clamp | Thorlabs Inc. | RA180/M | Used to attach the pipette holder to the stereotaxic frame |
Printed circuit board (PCB) | Advanced Circuits | Used to interface between mesh electronics and peripheral measurement electronics such as the Intan recording system. Advanced Circuits and other vendors manufacture and assemble PCBs based on provided design files. Our PCB design files are available by request or at the resource site meshelectronics.org | |
32-channel standard amplifier connector | Omnetics Connector Corp. | A79024-001 | Component assembled onto the PCB |
32-channel flat flexible cable (FFC) | Molex, LLC | 152660339 | Used as a clamping substrate when interfacing to mesh electronics I/O pads with the PCB-mounted ZIF connector |
32-ch zero insertion force (ZIF) connector | Hirose Electric Co., LTD | FH12A-32S-0.5SH(55) | Component assembled onto the PCB |