Summary
هنا ، نصف منهجية التصنيع لمصفوفات أقطاب ألياف الكربون القابلة للتخصيص للتسجيل في الجسم الحي في الأعصاب والدماغ.
Abstract
يتم تصنيع مجسات الأعصاب الطرفية التقليدية في المقام الأول في غرف الأبحاث ، مما يتطلب استخدام العديد من الأدوات باهظة الثمن والمتخصصة للغاية. تقدم هذه الورقة عملية تصنيع "خفيفة" في غرف الأبحاث لمصفوفات الأقطاب الكهربائية العصبية المصنوعة من ألياف الكربون والتي يمكن تعلمها بسرعة من قبل مستخدم غرف الأبحاث عديم الخبرة. تتطلب عملية تصنيع مصفوفة قطب ألياف الكربون هذه أداة واحدة فقط في غرف الأبحاث ، وهي آلة ترسيب الباريلين C ، التي يمكن تعلمها بسرعة أو الاستعانة بمصادر خارجية إلى منشأة معالجة تجارية بتكلفة هامشية. تتضمن عملية التصنيع هذه أيضا لوحات الدوائر المطبوعة التي تملأ يدويا ، والعزل ، وتحسين الأطراف.
تؤدي تحسينات الأطراف الثلاثة المختلفة التي تم استكشافها هنا (ليزر Nd: YAG وموقد اللحام وليزر الأشعة فوق البنفسجية) إلى مجموعة من هندسات الطرف ومعاوقات 1 كيلو هرتز ، مع ألياف مشعلة تؤدي إلى أقل معاوقة. في حين أثبتت التجارب السابقة فعالية قطب الليزر وموقد اللحام ، تظهر هذه الورقة أيضا أن الألياف المقطوعة بالليزر بالأشعة فوق البنفسجية يمكنها تسجيل الإشارات العصبية في الجسم الحي. صفائف ألياف الكربون الحالية إما لا تحتوي على أقطاب كهربائية مخصصة لصالح الحزم أو تتطلب أدلة مصنعة في غرف الأبحاث للسكان والعزل. تستخدم المصفوفات المقترحة فقط الأدوات التي يمكن استخدامها على سطح الطاولة لسكان الألياف. تسمح عملية تصنيع مصفوفة الأقطاب الكهربائية المصنوعة من ألياف الكربون هذه بالتخصيص السريع لتصنيع الصفيف السائب بسعر مخفض مقارنة بالمجسات المتاحة تجاريا.
Introduction
يعتمد الكثير من أبحاث علم الأعصاب على تسجيل الإشارات العصبية باستخدام الفيزيولوجيا الكهربية (ePhys). هذه الإشارات العصبية ضرورية لفهم وظائف الشبكات العصبية والعلاجات الطبية الجديدة مثل آلة الدماغ والواجهات العصبية الطرفية1،2،3،4،5،6. تتطلب الأبحاث المحيطة بالأعصاب الطرفية أقطاب تسجيل عصبية مخصصة أو متاحة تجاريا. تتطلب أقطاب التسجيل العصبية - وهي أدوات فريدة ذات أبعاد على نطاق ميكرون ومواد هشة - مجموعة متخصصة من المهارات والمعدات لتصنيعها. وقد وضعت مجموعة متنوعة من المجسات المتخصصة لاستخدامات نهائية محددة؛ ومع ذلك ، فإن هذا يعني أنه يجب تصميم التجارب حول المجسات التجارية المتاحة حاليا ، أو يجب على المختبر الاستثمار في تطوير مسبار متخصص ، وهي عملية طويلة. نظرا للتنوع الواسع في الأبحاث العصبية في الأعصاب الطرفية ، هناك طلب كبير على مسبار ePhys متعدد الاستخدامات4،7،8. وسيضم مسبار ePhys المثالي موقعا صغيرا للتسجيل، ومقاومة منخفضة9، ونقطة سعر واقعية ماليا للتنفيذ في النظام3.
تميل الأقطاب الكهربائية التجارية الحالية إما إلى أن تكون أقطاب كهربائية خارج العصبون أو الكفة (Neural Cuff10 ، MicroProbes Nerve Cuff Electrode11) ، والتي تقع خارج العصب ، أو داخل اللفافة ، التي تخترق العصب وتجلس داخل اللفافة محل الاهتمام. ومع ذلك ، نظرا لأن أقطاب الكفة تجلس بعيدا عن الألياف ، فإنها تلتقط المزيد من الضوضاء من العضلات القريبة والكراسات الأخرى التي قد لا تكون الهدف. تميل هذه المجسات أيضا إلى انقباض العصب ، مما قد يؤدي إلى الحشف الحيوي - تراكم الخلايا الدبقية والأنسجة الندبية - في واجهة القطب الكهربائي أثناء شفاء الأنسجة. تضيف الأقطاب الكهربائية داخل اللفافة (مثل LIFE12 و TIME13 و Utah Arrays14) ميزة انتقائية الكراسة ولها نسب إشارة إلى ضوضاء جيدة ، وهو أمر مهم في تمييز الإشارات لتفاعل الآلات. ومع ذلك ، فإن هذه المجسات لديها مشاكل في التوافق الحيوي ، حيث تصبح الأعصاب مشوهة بمرور الوقت3،15،16. عند شرائها تجاريا ، يكون لكل من هذه المجسات تصميمات ثابتة مع عدم وجود خيار للتخصيص الخاص بالتجربة وهي مكلفة للمختبرات الأحدث.
استجابة لقضايا التكلفة العالية والتوافق الحيوي التي تقدمها المجسات الأخرى ، قد توفر أقطاب ألياف الكربون وسيلة لمختبرات علم الأعصاب لبناء مجسات خاصة بها دون الحاجة إلى معدات متخصصة. ألياف الكربون هي مادة تسجيل بديلة ذات عامل شكل صغير يسمح بإدخال منخفض الضرر. توفر ألياف الكربون توافقا حيويا أفضل واستجابة ندبة أقل بكثير من السيليكون17،18،19 بدون معالجة غرف الأبحاث المكثفة5،13،14. ألياف الكربون مرنة ومتينة ومدمجة بسهولة مع المواد الحيوية الأخرى19، ويمكن أن تخترق وتسجل من الأعصاب7,20. على الرغم من المزايا العديدة لألياف الكربون ، تجد العديد من المختبرات أن التصنيع اليدوي لهذه المصفوفات شاق. تجمع بعض المجموعات21 ألياف الكربون في حزم تؤدي مجتمعة إلى قطر أكبر (~ 200 ميكرومتر) ؛ ومع ذلك ، على حد علمنا ، لم يتم التحقق من هذه الحزم في الأعصاب. قام آخرون بتصنيع صفائف أقطاب ألياف الكربون الخاصة بهم ، على الرغم من أن أساليبهم تتطلب أدلة ألياف الكربون المصنعة في غرف الأبحاث 22،23،24 والمعدات اللازمة لملء صفائفهم17،23،24. لمعالجة هذا ، نقترح طريقة لتصنيع مصفوفة من ألياف الكربون يمكن إجراؤها على سطح المختبر تسمح بإجراء تعديلات مرتجلة. تحافظ المجموعة الناتجة على أطراف القطب الكهربائي الفردية دون أدوات متخصصة لتعبئة الألياف. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقديم أشكال هندسية متعددة لتتناسب مع احتياجات التجربة البحثية. بناء على العمل السابق8،17،22،25 ، توفر هذه الورقة منهجيات مفصلة لبناء وتعديل عدة أنماط من المصفوفات يدويا مع الحد الأدنى من وقت التدريب في غرف الأبحاث اللازمة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تمت الموافقة على جميع الإجراءات الحيوانية من قبل لجنة جامعة ميشيغان المؤسسية لرعاية الحيوانات واستخدامها.
1. اختيار مجموعة من ألياف الكربون
- اختر لوحة دوائر مطبوعة (PCB) من أحد التصميمات الثلاثة الموضحة في الشكل 1.
ملاحظة: بالنسبة لهذا البروتوكول، ستكون المصفوفات المرنة هي محور التركيز.- ارجع إلى تصاميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور على موقع Chestek Lab على الويب (https://chestekresearch.engin.umich.edu) ، مجانا وجاهزا للإرسال إلى مطبعة PCB وطلبها للطباعة من خلالها.
- راجع الجدول 1 للحصول على ملخص للموصلات لكل لوحة ومواصفاتها للمساعدة في اختيار الموصل الذي سيعمل مع الإعداد التجريبي المحدد.
2. لحام الموصل إلى لوحة الدوائر
- اضبط مكواة لحام على 315 درجة مئوية (600 درجة فهرنهايت).
- تطبيق التدفق على جميع منصات لحام على ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
ملاحظة: يمكن ضغط التدفق داخل الأنبوب عبر الفوط ، بينما يمكن تطبيق التدفق في وعاء مع الطرف الخشبي لقضيب ذو رأس قطني عن طريق تلطيخ التدفق عبر جميع الفوط بحرية. - شكل تلال صغيرة من اللحام على الوسادات الخلفية للمصفوفة المرنة (الشكل 2A).
- قم بلحام الصف السفلي من دبابيس الموصل بالصف الخلفي من منصات اللحام (الشكل 2B).
ملاحظة: تم تصميم جميع تصميمات الألواح التي يوفرها مختبر Chestek بحيث يتم إقران الموصلات بدقة مع اللوحة المخصصة لها.- للقيام بذلك ، قم بلحام المسامير الموجودة على جانبي الموصل مع سهولة الوصول إلى تلال اللحام. بمجرد تأمينه ، ادفع طرف حديد اللحام برفق بين المسامير الأمامية لحام الوصلات المتبقية في الخلف.
ملاحظة: بمجرد تأمين الصف الخلفي من الدبابيس، ستتم محاذاة بقية الموصل مع كل دبوس أعلى لوحة اللحام المعينة له.
- للقيام بذلك ، قم بلحام المسامير الموجودة على جانبي الموصل مع سهولة الوصول إلى تلال اللحام. بمجرد تأمينه ، ادفع طرف حديد اللحام برفق بين المسامير الأمامية لحام الوصلات المتبقية في الخلف.
- قم بلحام الصف الأمامي من المسامير على اللوحة عن طريق تطبيق كمية صغيرة من اللحام على كل دبوس. ضع طبقة إضافية من التدفق إذا لم يحدث اللحام بسرعة.
- نظف التدفق الزائد باستخدام كحول الأيزوبروبيل 100٪ (IPA) وفرشاة ذات شعيرات قصيرة.
- قم بتغليف التوصيلات الملحومة في مجموعة إيبوكسي متأخرة (الشكل 2 C ، D) باستخدام إبرة 23 G ومحقنة 1 مل موضوعة على جانب مشطوف لأسفل على المسامير. ادفع الإيبوكسي عبر المحقنة ببطء بحيث يتدفق إلى وعلى طول الاتصالات.
- اترك اللوحة بين عشية وضحاها حتى يتمكن الإيبوكسي المتأخر من العلاج.
ملاحظة: في حين أن إدراج المنتج للإيبوكسي المتأخر ينص على أنه يشفى في غضون 30 دقيقة، فإن تركه بين عشية وضحاها يسمح بتكوين اتصال أكثر استقرارا.
- اترك اللوحة بين عشية وضحاها حتى يتمكن الإيبوكسي المتأخر من العلاج.
- قم بتأمين الجانب الخلفي من اللوحة على جانبي الموصل عن طريق وضع خط صغير من الإيبوكسي المتأخر عبر الجانب الخلفي من اللوحة وسحبه على حواف الموصل.
- اترك اللوحة للعلاج بين عشية وضحاها مرة أخرى.
ملاحظة: في هذه المرحلة، إما تخزين المصفوفات أو متابعة الإنشاء. في حالة التوقف المؤقت في البنية ، قم بتخزين المصفوفات في صندوق نظيف وجاف في درجة حرارة الغرفة.
- اترك اللوحة للعلاج بين عشية وضحاها مرة أخرى.
3. سكان الألياف
- قم بقص شعرية زجاجية مسحوبة بحيث يتناسب طرفها بين آثار الصفيف (الشكل 3A).
- باستخدام مجتذب الزجاج والخيوط ، اصنع الشعيرات الدموية باستخدام الإعدادات التالية: الحرارة = 900 ، السحب = 70 ، السرعة = 35 ، الوقت = 200 ، الضغط = 900.
ملاحظة: الأرقام غير موحدة ومحددة لهذا الجهاز (انظر جدول المواد).
- باستخدام مجتذب الزجاج والخيوط ، اصنع الشعيرات الدموية باستخدام الإعدادات التالية: الحرارة = 900 ، السحب = 70 ، السرعة = 35 ، الوقت = 200 ، الضغط = 900.
- استخدم الأطراف الخشبية لاثنين من أدوات القضيب ذات الرؤوس القطنية (واحد لكل جزء من الإيبوكسي الفضي) لأخذ نسبة صغيرة من الإيبوكسي الفضي بنسبة ~ 1: 1 في طبق بلاستيكي واخلطها باستخدام نفس العصي المستخدمة في المغرفة. تخلص من أدوات التطبيق بعد الخلط.
- قم بقطع 2-4 مم من نهاية حزمة ألياف الكربون على قطعة من ورق الطابعة باستخدام شفرة حلاقة. لفصل الألياف الموجودة في الحزمة بسهولة ، والتي يصعب فصلها عن بعضها البعض ، اسحب قطعة ورق مغلفة بلطف فوق الجزء العلوي من الحزمة.
ملاحظة: تنقل قطعة الورق الرقائقية الثابتة إلى الألياف ، والتي ستفصل من تلقاء نفسها. - ضع الإيبوكسي الفضي بين كل زوج آخر من الآثار على جانب واحد من اللوحة باستخدام الشعيرات الدموية الزجاجية (الشكل 3B).
- خذ قطرة صغيرة من الإيبوكسي على نهاية الشعيرات الدموية المسحوبة. ضع بلطف بين كل أثر آخر على نهاية اللوحة ، واملأ الفجوة.
ملاحظة: يجب ملء الفجوة إلى أعلى الأثرين دون أن تفيض للمس الآثار المجاورة. يتم توصيل كل تتبع بقناة واحدة. هذه الطريقة في تعداد الايبوكسي تعني أن كل ألياف سيكون لها قناتان متصلتان بها. وذلك لأن اثنين من الآثار تسمح بمحاذاة الألياف بشكل أفضل ، ويساعد التكرار في القناة على ضمان الاتصال الكهربائي.
- خذ قطرة صغيرة من الإيبوكسي على نهاية الشعيرات الدموية المسحوبة. ضع بلطف بين كل أثر آخر على نهاية اللوحة ، واملأ الفجوة.
- استخدم ملاقط مغلفة بالتفلون لوضع ألياف كربون واحدة في كل أثر من آثار الإيبوكسي (الشكل 3C).
- استخدم شعيرة شعرية نظيفة مسحوبة لضبط ألياف الكربون ، بحيث تكون عمودية على نهاية لوحة Flex Array ومدفونة تحت الإيبوكسي (الشكل 3D).
- ضع المصفوفات على كتلة خشبية ذات نهايات ليفية متدلية على حافة الكتلة.
ملاحظة: سيحافظ وزن الواجهة الخلفية على الصفيف على الكتلة. - تخبز الكتلة الخشبية والمصفوفات على حرارة 140 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة لعلاج الإيبوكسي الفضي وقفل الألياف في مكانها.
- كرر الخطوات من 3.4 إلى 3.8 للجانب الآخر من اللوحة.
ملاحظة: يمكن تخزين المصفوفات بعد أي خطوة خبز. ومع ذلك ، قد يتسبب الثبات من صناديق التخزين في سحب الألياف بعيدا عن اللوحة إذا تم تطبيق القليل جدا من الإيبوكسي الفضي عند ملء اللوحة.- قم بإنشاء منصة لاصقة مرتفعة داخل صندوق بحيث يمكن لصق الجزء الأكبر من اللوحة بالمادة اللاصقة مما يسمح بتعليق الأطراف الليفية لللوح داخل الصندوق لمنع كسر الألياف. يخزن في درجة حرارة الغرفة.
ملاحظة: إذا انسحبت الألياف بعيدا عن اللوحة أثناء التخزين ، فقم بكشط الإيبوكسي من الآثار باستخدام شعيرات شعرية زجاجية نظيفة مسحوبة وكرر الخطوات 3.1-3.8 لاستبدال الألياف. من هذه النقطة فصاعدا ، يجب تخزين المصفوفات مع تعليق الألياف بهذه الطريقة لمنع كسر الألياف.
- قم بإنشاء منصة لاصقة مرتفعة داخل صندوق بحيث يمكن لصق الجزء الأكبر من اللوحة بالمادة اللاصقة مما يسمح بتعليق الأطراف الليفية لللوح داخل الصندوق لمنع كسر الألياف. يخزن في درجة حرارة الغرفة.
4. تطبيق الأشعة فوق البنفسجية (UV) الايبوكسي لعزل ألياف الكربون
- استخدم شعيرة شعرية نظيفة وقم بتطبيق قطرة صغيرة (قطرها ~ 0.5 مم من الإيبوكسي فوق البنفسجي على الآثار المكشوفة على جانب واحد من اللوحة (الشكل 4A). استمر في إضافة قطرات الايبوكسي فوق البنفسجية حتى يتم تغطية الآثار بالكامل.
ملاحظة: لا تسمح للإيبوكسي بالأشعة فوق البنفسجية بالحصول على ألياف الكربون بعد نهاية ثنائي الفينيل متعدد الكلور لضمان الإدخال السلس لاحقا. - علاج الايبوكسي الأشعة فوق البنفسجية تحت ضوء قلم الأشعة فوق البنفسجية لمدة 2 دقيقة (الشكل 4B).
- كرر الخطوات من 4.1 إلى 4.2 للجانب الآخر من اللوحة.
- قطع الألياف إلى 1 مم باستخدام شبكة ستيروسكوب ومقص جراحي.
ملاحظة: يمكن تخزين المصفوفات في هذه المرحلة حتى تصبح جاهزة للمتابعة إلى الخطوات التالية. يجب تخزينها في صندوق من شأنه أن يرفع ألياف الكربون بعيدا عن الصندوق نفسه. يمكن تخزين المصفوفات في درجة حرارة الغرفة إلى أجل غير مسمى.
5. التحقق من التوصيلات الكهربائية باستخدام عمليات مسح مقاومة 1 كيلو هرتز (الشكل 5)
- غمر ألياف الكربون 1 مم في 1x محلول ملحي مخزن بالفوسفات (PBS).
- لإكمال الدائرة ، استخدم كلوريد الفضة والفضة (Ag| AgCl) القطب المرجعي وقضيب الفولاذ المقاوم للصدأ (القطب المضاد).
- باستخدام مشبك دورق ، قم بتعليق Ag| قطب AgCl في PBS 1x وتوصيله بمرجع نظام المعاوقة المستخدم.
- باستخدام مشبك دورق ، قم بتعليق قضيب الفولاذ المقاوم للصدأ في 1x PBS وقم بالاتصال بإدخال القطب المضاد لنظام المعاوقة المستخدم.
- قم بإجراء مسح ضوئي للمعاوقة بسرعة 1 كيلو هرتز لكل ألياف باستخدام جهد جهد كهربائي تم ضبطه على تردد مسح ضوئي 1 كيلو هرتز عند 0.01 Vrms في شكل موجة جيبية واحدة. اضبط الجهد على 0 فولت في بداية كل فحص لمدة 5 ثوان لتثبيت الإشارة المسجلة. سجل القياسات عبر البرنامج المرتبط ب potentiostat.
ملاحظة: يمكن إجراء القياسات في أي مرحلة من مراحل البناء. ومع ذلك ، فهي ضرورية فقط قبل العزل وأثناء إعداد الطرف. يسرد الجدول 2 نطاقات نموذجية من المعاوقات بعد كل خطوة إنشاء عند 1 كيلو هرتز للرجوع إليها من قبل المستخدم. - اشطف الألياف في ماء منزوع الأيونات (DI) عن طريق غمسها في كوب صغير ثلاث مرات واتركها لتجف في درجة حرارة الغرفة.
ملاحظة: يمكن ترك المصفوفات في التخزين حتى يتمكن المستخدم من المتابعة إلى الخطوة التالية.
6. عزل الباريلين C
ملاحظة: تم اختيار الباريلين C كمادة عازلة لألياف الكربون حيث يمكن ترسيبه في درجة حرارة الغرفة على دفعات من المصفوفات ويوفر طبقة مطابقة للغاية.
- قم بإخفاء موصل الصفيف المرن باستخدام موصل التزاوج.
- ضع مجموعة من 8-12 صفائف في صندوق تخزين مع منصة لاصقة مرتفعة بحيث يمكن عزلها في تشغيل واحد. ضع المصفوفات بحيث يكون طرف الموصل للصفيف على المنصة اللاصقة مع الطرف الليفي للصفيف المتدلي (الشكل 6) لمنع الألياف من الالتصاق بالمادة اللاصقة وسحبها ولضمان طلاء باريلين موحد على الألياف.
- قم بتغطية المصفوفات في نظام ترسيب Parylene C بسماكة 800 نانومتر في غرفة الأبحاث ، مرتديا معدات الحماية الشخصية المناسبة (PPE) على النحو المحدد في غرفة الأبحاث الفردية المستخدمة.
ملاحظة: هنا ، تم تعريف معدات الوقاية الشخصية على أنها أحذية غرف الأبحاث ، والبدلة ، وغطاء الرأس ، والنظارات الواقية ، والقناع ، وقفازات اللاتكس. تجدر الإشارة إلى أن هذا هو معدات الوقاية الشخصية القياسية لدخول غرفة الأبحاث. يمكن الاستعانة بمصادر خارجية لهذه الخطوة لشركة طلاء باريلين مقابل رسوم. ومع ذلك ، قد تكون الخدمة التجارية قادرة على تغطية المزيد من المصفوفات في وقت واحد. قد يكون لكل نظام ترسيب باريلين C احتياطات سلامة مختلفة. اتصل بالفني قبل الاستخدام لضمان سلامة المستخدم. - قم بإزالة موصل التزاوج المستخدم كقناع من الصفيف المرن.
- ضع المصفوفات في صندوق جديد للتخزين حتى تصبح جاهزة للاستخدام.
7. طرق إعداد تلميح
ملاحظة: يستخدم اثنان من مستحضرات الطرف في هذا القسم الليزر لقطع الألياف. يجب دائما ارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة ، مثل النظارات الواقية المقاومة للأطوال الموجية المستخدمة ، عند استخدام الليزر ، ويجب أن يكون مستخدمو المختبر الآخرون بالقرب من الليزر أيضا في معدات الوقاية الشخصية. على الرغم من أن أطوال الألياف المدرجة في هذه الخطوات هي أطوال موصى بها ، يمكن للمستخدمين تجربة أي طول يناسب احتياجاتهم. يجب على المستخدم اختيار إحدى طرق إعداد الطرف التالية لأن القطع بالمقص وحده لن يكفي لإعادة فضح القطب الكهربائي25.
- النيوديميوم المنشط إيتريوم العقيق الألومنيوم (Nd: YAG) قطع الليزر
- قطع الألياف إلى 550 ميكرومتر باستخدام مقص جراحي.
- استخدم ليزر نبضي 532nm Nd: YAG (5 mJ / pulse ، مدة 5 نانو ثانية ، 900 mW) لقطع 50 ميكرومتر من طرف الألياف لإعادة تعريض الكربون تحت Parylene C (عادة ما يأخذ 2-3 نبضات).
- قم بمحاذاة أطراف الألياف باستخدام المنظار المجسم المدمج الذي يأتي مع نظام الليزر هذا.
ملاحظة: يسمح هذا النظام للمستخدم بمحاذاة نافذة (هنا ، تم استخدام 50 ميكرومتر × 20 ميكرومتر (الارتفاع × العرض)) لتشمل نهاية الألياف. - ركز المنظار المجسم على نهاية الألياف عند التكبير بمعدل 500 مرة للحصول على قطع دقيق ودقيق.
ملاحظة: سوف يزول الباريلين C قليلا (<10 ميكرومتر) من الطرف تاركا طرفا أسطوانيا حادا.
- قم بمحاذاة أطراف الألياف باستخدام المنظار المجسم المدمج الذي يأتي مع نظام الليزر هذا.
- موقد اللحام25,26,27
- قطع الألياف إلى 300 ميكرومتر باستخدام مقص جراحي.
- اغمر الصفيف في طبق من الماء منزوع الأيونات ، وجانب الموصل لأسفل ، وتثبيته في الجزء السفلي من الطبق بكمية صغيرة من المعجون.
- استخدم كاميرا قلم لمحاذاة الألياف مع سطح الماء بحيث لا تلمس الألياف سطح الماء إلا بالكاد.
- اضبط لهب موقد لحام البوتان إلى 3-5 مم وقم بتشغيله فوق الجزء العلوي من الألياف في حركة ذهابا وإيابا لشحذ الألياف.
ملاحظة: سوف تتوهج أطراف الألياف باللون البرتقالي عندما يمر اللهب فوقها. - قم بإزالة الصفيف من المعجون وافحصه تحت منظار مجسم بحثا عن أطراف مدببة تحت تكبير 50x.
ملاحظة: إذا لوحظت نصائح مدببة ، فلن تكون هناك حاجة إلى مزيد من اللحام. إذا ظهرت التلميحات حادة، فكرر الخطوات 7.2.2-7.2.5.
- قطع الأشعة فوق البنفسجية28
ملاحظة: لا يمكن استخدام ليزر الأشعة فوق البنفسجية إلا في تصميمات قوة الإدخال الصفرية (ZIF) واللوحة الواسعة في الوقت الحالي نظرا لأن النقطة البؤرية الكبيرة لليزر فوق البنفسجي المستخدم أكبر من درجة ألياف الكربون في مصفوفة فليكس.- قطع ألياف الكربون إلى 1 ملم مع مقص جراحي.
- قم بلصق ليزر الأشعة فوق البنفسجية على ثلاث مراحل آلية متعامدة التكوين.
ملاحظة: الليزر فوق البنفسجي هو أشباه موصلات متعددة الأوضاع من نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN) بقوة خرج 1.5 واط وطول موجي 405 نانومتر.- تأكد من أن الليزر لديه شعاع مستمر للمحاذاة والقطع بسرعة وفعالية.
- قم بتأمين الصفيف في مكانه للحفاظ على مستوى ثابت من الأقطاب الكهربائية ليمر الليزر فوقه. تأكد من الاحتفاظ بالمصفوفة على مسافة مناسبة من الليزر بحيث تكون الألياف في ضوء مع النقطة البؤرية لليزر. للقيام بذلك ، قم بتوفير طاقة أقل لليزر واضبط المسافة لأفضل تركيز على الألياف28.
- حرك النقطة البؤرية لليزر فوق البنفسجي عبر مستوى الألياف بسرعة 25 ميكرومتر / ثانية لقطع الألياف إلى الطول المطلوب (هنا ، يتم قطع جميع الألياف إلى 500 ميكرومتر).
ملاحظة: سوف تنبعث الألياف من ضوء ساطع قبل قطعها. تخزين الألياف بعد العلاج حتى تصبح جاهزة للطلاء مع البوليمر الموصل.
8. بولي (3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين):p-تولوين سلفونات (PEDOT: pTS) طلاء موصل لانخفاض المعاوقة
- امزج محاليل 0.01 M 3,4-ethylenedioxythiophene و 0.1 M صوديوم p-toluenesulfonate في 50 مل من ماء DI وحرك بين عشية وضحاها على صفيحة تحريك (~ 450 دورة في الدقيقة) أو حتى لا يمكن ملاحظة أي جسيمات في المحلول.
ملاحظة: قم بتخزين المحلول في حاوية مقاومة للضوء. ضعي المحلول في الثلاجة بعد الخلط للحفاظ على المحلول قابلا للاستخدام لمدة تصل إلى 30 يوما. - قم بتشغيل فحص معاوقة 1 كيلو هرتز باستخدام نفس المعلمات كما كان من قبل (الخطوات 5.2-5.3) في 1x PBS. لاحظ الألياف التي لها اتصال جيد (<1 MΩ ، عادة 14-16 من 16 ألياف).
- لوحة كهربائية مع PEDOT: pTS لخفض مقاومة الأقطاب الكهربائية.
- غمر نصائح الألياف في محلول PEDOT: pTS.
- اتبع الخطوات الموضحة في الخطوة 5.2 ، وقم بتبديل حل PBS 1x ل PEDOT: pTS واختصار جميع الاتصالات باللوحة إلى القناة الحالية المطبقة.
- تطبيق 600 pA لكل ألياف جيدة لمدة 600 ثانية باستخدام potentiostat.
- قم بإيقاف تشغيل الخلية واتركها ترتاح لمدة 5 ثوان في نهاية التشغيل.
- قم بإزالة الألياف من المحلول وشطفها في ماء DI.
- أعد استخدام معاوقات 1 كيلو هرتز للتحقق من أن الألياف قد تم طلاؤها بنجاح (استخدم نفس المعلمات المدرجة في الخطوات 5.2-5.3).
ملاحظة: يتم تعيين الألياف الجيدة على أنها أي ألياف لها مقاومة أقل من 110 kΩ.
9. توصيل الأسلاك الأرضية والمرجعية
- قم بكشط الباريلين C بلطف من الأرض والرجوع إلى اللوحات باستخدام ملاقط. اختصار الأرض و vias المرجع معا في أزواج على هذا التصميم اللوحة.
ملاحظة: يمكن العثور على الأرضية والأرضية والمرجعية بالقرب من الموصل الموجود في صفيف Flex وهي الدوائر الذهبية الأربعة الصغيرة بالقرب من الموصلات. سيحتاج المستخدمون فقط إلى إزالة الباريلين C من المنافذ الأقرب إلى ألياف الكربون لإجراء القياسات. - قطع اثنين من طول 5 سم من الأسلاك الفضية المعزولة مع شفرة الحلاقة. قم بفصل نهايات الأسلاك 2-3 مم من أحد طرفيها ليتم توصيلها بمصفوفة Flex و ~ 10 مم من الأطراف المقابلة للسماح بسهولة التأريض والرجوع أثناء الجراحة.
- سخني مكواة اللحام مرة أخرى إلى 600 درجة فهرنهايت. ضع كمية صغيرة من التدفق على الفياس.
- أدخل سلكا واحدا (نهاية مكشوفة 2-3 مم) في كل من مداخل ePhys على اللوحة. ضع اللحام على الجزء العلوي من الحواف (الشكل 7A). اترك المسبار يبرد ، ثم اقلبه لتطبيق كمية صغيرة من اللحام على الجانب الخلفي من العبور (الشكل 7A).
- باستخدام المقص الجراحي ، قم بقص أي سلك مكشوف يخرج من تل اللحام الخلفي لأن هذا يساعد على تقليل الضوضاء التي تظهر في التسجيل (الشكل 7B).
- ضع المصفوفات مرة أخرى في صندوق التخزين ، مع ثني الأسلاك للخلف وبعيدا عن الألياف. قم بتأمين الأسلاك الموجودة على الشريط اللاصق لمنع التفاعلات المحتملة بين أسلاك الألياف (الشكل 7C).
10. الإجراء الجراحي
ملاحظة: تم استخدام قشرة الفئران لاختبار فعالية الألياف المحضرة بالليزر فوق البنفسجي كما تم وصفها سابقا7,20. ستعمل هذه المجسات في العصب بسبب هندستها المتشابهة ومستويات معاوقتها للألياف المعدة لموقد اللحام. تم إجراء هذه الجراحة بحذر شديد للتحقق من أن ليزر الأشعة فوق البنفسجية لم يغير استجابة الأقطاب الكهربائية.
- تخدير ذكر الفئران لونغ إيفانز البالغ باستخدام مزيج من الكيتامين (90 ملغم / كغ) و xylazine (10 ملغ / كغ). تأكيد التخدير مع اختبار قرصة إصبع القدم. ضع مرهما على العينين لمنع عيون الفئران من الجفاف أثناء الجراحة.
- قم بإنشاء بضع القحف 2 مم × 2 مم فوق القشرة الحركية لنصف الكرة الأيمن. حدد الزاوية السفلية اليسرى من بضع القحف عن طريق قياس 1 مم أمامي من بريجما و 1 مم جانبي من خط الوسط.
- قم بتركيب الصفيف في أداة مجسمة ، وقم بتصفير الأداة المجسمة في الجافية عن طريق خفض الألياف بلطف حتى تلمس سطح الجافية. ارفع الصفيف بعيدا عن موقع الجراحة وانقله إلى الجانب حتى يصبح جاهزا للإدخال.
- استئصال الجافية عن طريق سحب إبرة بلطف مع نهاية شائكة على سطح الأنسجة. بمجرد فتح جزء من الجافية للدماغ ، استخدم زوجا من الملقط الناعم للمساعدة بشكل أكبر في سحب الجافية.
- أدخل الألياف في بضع القحف و 1.2 مم في الدماغ باستخدام أداة مجسمة ، مع خفضها ببطء باليد.
- سجل بيانات ePhys لمدة 10 دقائق باستخدام مضخم صوت ومكبر صوت خاص ب ePhys.
- اضبط مرشح التمرير العالي لمضخم الصوت المسبق لمعالجة الإشارة عند 2.2 هرتز، والأضلاع عند 7.5 كيلو هرتز، والعينة عند 25 كيلو هرتز.
ملاحظة: بالنسبة لهذه القياسات، يتم تسجيل النشاط التلقائي فقط. لا يتم تطبيق أي حافز.
- اضبط مرشح التمرير العالي لمضخم الصوت المسبق لمعالجة الإشارة عند 2.2 هرتز، والأضلاع عند 7.5 كيلو هرتز، والعينة عند 25 كيلو هرتز.
- القتل الرحيم
- ضع الفئران تحت الأيزوفلوران بنسبة 5٪ تحت 1 لتر / دقيقة من الأكسجين حتى تتوقف علامات الحياة (20-30 دقيقة). تأكيد القتل الرحيم مع قطع الرأس.
11. فرز سبايك
- استخدم برنامج فرز السنبلة لفرز البيانات وتحليلها باستخدام الطرق التي تم الإبلاغ عنها مسبقا8.
- استخدم مرشحا عالي التمرير على جميع القنوات (زاوية 250 هرتز ، Butterworth من الدرجة الرابعة) ، واضبط مستوى اكتشاف الشكل الموجي على -3.5 × عتبة RMS.
- استخدم نموذجا غاوسي للتجمع والمسامير ذات الخصائص المماثلة. الجمع بين مجموعات من 10 أشكال موجية على الأقل ومتوسطها لتضمينها في مزيد من التحليل.
- قم بإزالة أو حذف جميع الأشكال الموجية التي ليست طفرات من مجموعة البيانات.
- تصدير البيانات بمجرد فرز جميع القنوات واستخدام برامج التحليل لرسم الأشكال الموجية وتحليلها بشكل أكبر.
12. التصوير المجهري الإلكتروني الماسح (SEM)
ملاحظة: ستجعل هذه الخطوة المصفوفات غير قابلة للاستخدام ويجب استخدامها فقط لفحص نتائج معالجة التلميحات للتحقق من معالجة المصفوفات بشكل صحيح. لا يلزم القيام بهذه الخطوة لإنشاء صفيف ناجح. ويرد أدناه موجز عام لعملية إدارة مصائد الأسماك؛ ومع ذلك ، يجب أن يتلقى المستخدمون الذين لم يستخدموا SEM سابقا مساعدة من مستخدم مدرب.
- قص الطرف الليفي من ثنائي الفينيل متعدد الكلور وتثبيته على كعب SEM مقنع بشريط كربوني. ضع المصفوفات على منصة صغيرة من شريط الكربون المكدس (4-5 طبقات) لمنع ألياف الكربون من الالتصاق بكعب SEM.
- قم بتغطية المصفوفات بالذهب (100-300 Å) باتباع الإجراءات التي حددتها الشركة المصنعة لمعطف الثرثرة الذهبية.
- لفحص تأثيرات معالجة الطرف ، قم بتصوير المصفوفات في SEM على مسافة عمل تبلغ 15 مم وقوة شعاع 20 كيلو فولت.
ملاحظة: يمكن تصوير المصفوفات بدون طلاء بالرذاذ تحت فراغ منخفض، كما هو موضح في الشكل 8D للألياف المقطوعة بالليزر بالأشعة فوق البنفسجية. بالنسبة لهذا الإعداد ، يوصى بمسافة عمل تتراوح بين 11 و 12 مم وقوة شعاع 4 كيلو فولت.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
التحقق من صحة النصيحة: صور SEM
أظهر العمل السابق20 أن القطع بالمقص أدى إلى معاوقات غير موثوقة حيث تم طي الباريلين C عبر موقع التسجيل. يستخدم القطع المقصي هنا فقط لقطع الألياف إلى الطول المطلوب قبل المعالجة باستخدام طريقة قطع نهائية إضافية. تم استخدام صور SEM للأطراف لتحديد طول الكربون المكشوف وهندسة الطرف (الشكل 8).
تمت مراجعة المقص والألياف المقطوعة بالليزر Nd:YAG سابقا17,20. تحتوي الألياف المقطوعة بالمقص (الشكل 8A) على هندسات طرفية غير متناسقة ، مع طي الباريلين C على النهاية عند القطع20. تظل الألياف المقطوعة بالليزر Nd:YAG متسقة في منطقة موقع التسجيل وشكلها ومعاوقتها (الشكل 8B). تؤدي الألياف المشعلة 20 إلى أكبر حجم قطب كهربائي وتباين في الشكل وطرف حاد ، مما يسمح بالإدخال في الأنسجة الصلبة. في المتوسط ، تم إعادة تعريض 140 ميكرومتر من الكربون ، مع منطقة انتقال سلسة بين الكربون وعزل الباريلين C (الشكل 8C). كانت الألياف المقطوعة بالليزر بالأشعة فوق البنفسجية مشابهة للألياف المحروقة ، حيث أظهرت 120 ميكرومتر من الكربون المكشوف من الطرف (الشكل 8D). أشارت المقاومات إلى أن طرق قطع أطراف الليزر فوق البنفسجي أو أطراف موقد اللحام مناسبة ل ePhys وهي حلول قابلة للتطبيق للمختبرات دون الوصول إلى ليزر Nd: YAG.
التحقق من صحة النصيحة: التسجيل الكهربائي
يوضح الشكل 9 المعاوقات الناتجة عن كل طريقة تحضير باستخدام صفائف فليكس. القيم الناتجة ضمن نطاق مناسب لتسجيل ePhys. أدت الألياف المقطوعة بالليزر Nd:YAG إلى أصغر مساحة سطح ولكن أعلى المعاوقات ، حتى مع طلاء PEDOT: pTS (الكربون العاري: 4138 ± 110 kΩ ؛ مع PEDOT: pTS: 27 ± 1.15 kΩ ؛ n = 262). ويلي ذلك العلاقة العكسية في اللحام (الكربون العاري: 308 ± 7 kΩ ؛ مع PEDOT: pTS: 16 ± 0.81 kΩ ؛ n = 262) والأشعة فوق البنفسجية المقطوعة بالليزر (الكربون العاري: 468 ± 85.7 kΩ ؛ مع PEDOT: pTS: 27 ± 2.83 kΩ ؛ n = 7) الألياف التي لها مساحة سطح كبيرة ومعاوقات منخفضة. ومع ذلك ، في جميع الحالات ، تندرج الألياف المطلية ب PEDOT: pTS تحت عتبة 110 kΩ المحددة سابقا للإشارة إلى قطب كهربائي جيد منخفض المقاومة.
تم أخذ تسجيلات ePhys الحادة من فأر Long Evans مزروع بشكل حاد مع صفيف ZIF مع قطع الليزر بالأشعة فوق البنفسجية والألياف المعالجة ب PEDOT: pTS لإثبات جدوى هذه الطريقة. سبق اختبار ePhys وإثباته باستخدام مقص القطع 20 و Nd:YAG-17 والألياف المعالجة بموقد اللحام7,8 وبالتالي لم يتم إعادة التحقق من صحتها في هذا النص. يتم عرض التسجيلات الحادة من أربعة ألياف معالجة بالأشعة فوق البنفسجية (طولها 2 مم) تم زرعها في وقت واحد في قشرة محرك الفئران (n = 1) في الشكل 10. تم العثور على ثلاث وحدات عبر جميع الألياف ، مما يشير إلى أن معالجة الألياف باستخدام ليزر الأشعة فوق البنفسجية غير المكلف تشبه طرق القطع الأخرى التي تمكن ألياف الكربون من تسجيل الوحدات العصبية ، كما هو متوقع من قبل SEMs والمعاوقات. في حين أن صفائف ألياف الكربون يتم بناؤها وتعديلها بسهولة لتناسب احتياجات المستخدم ، تجدر الإشارة إلى أن التحقق الإضافي ضروري لبعض الإنشاءات (الجدول 3) ، في حين أن البعض الآخر أقل ملاءمة لبعض المهام النهائية.
الباريلين التجاري C
تم تحديد المصفوفات المطلية تجاريا على أن يكون سمك الباريلين C 710 نانومتر من قبل البائع ، ضمن النطاق المستهدف للعزل. تم إعداد المصفوفات لتسجيلات ePhys باستخدام إعداد طرف موقد اللحام. تم أخذ المعاوقات بعد إعداد النصائح ومقارنتها بالبيانات الموجودة. كان للمسبار الموقد والمغلف ب PEDOT:pTS متوسط مقاومة 14.5 ± 1.3 kΩ عبر 16 ليفة. تم التقاط صور SEM للطرف والساق لمقارنة ترسب الباريلين C (الشكل 11 A و B ، على التوالي). تظهر هذه النتائج أن استخدام بائع تجاري لم يغير قيم المعاوقة المتوقعة ، مما يشير إلى أن هذا سيكون بديلا قابلا للتطبيق بنفس القدر للإيداع في غرف الأبحاث بالجامعة.
تحليل تكلفة الجهاز
شريطة أن تكون جميع الأدوات والمواد السائبة (على سبيل المثال ، الإيبوكسيات ، اللحام) في متناول الباحث ، ورسوم مستخدم Parylene C تبلغ 41 دولارا ، ومجموعة من 8 تحقيقات ، فإن التكلفة الإجمالية للمواد هي 1168 دولارا (146 دولارا لكل مسبار). جهد الموظفين (الجدول 4) هو ~ 25 ساعة للدفعة. إذا كنت تستخدم خطوة تصنيع بديلة ، فستختلف تكلفة المجسات بناء على تكلفة طلاء الباريلين C التجارية (500-800 دولار مقتبسة). يتم تجميع وقت خطوات الإنشاء (الجدول 4) لكافة مثيلات المهمة المتكررة من أجل البساطة. يتم تقليل أوقات البناء للتصميمات ذات الملعب الأكبر (اللوحة الواسعة وZIF) بشكل كبير حيث أن الخطوات المكثفة يدويا (على سبيل المثال ، وضع ألياف الكربون) أسهل وأسرع في الإكمال.
الشكل 1: الموصلات ولوحات الدوائر المطبوعة المرتبطة بها. (أ) لوحة عريضة مع واحد من ستة عشر موصلا ضروريا في الضبط الداخلي (شريط المقياس الداخلي = 5 مم). (ب) ZIF وواحد من اثنين من الموصلات وكفن واحد. (ج) صفيف مرن مع موصل 36 سنا ؛ شريط المقياس = 1 سم. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: خطوات اللحام والعزل لمصفوفة Flex. (أ) وضع اللحام لدبابيس الموصل السفلية. (ب) تثبيت المسامير الخلفية في مكانها مع وجود دبابيس أمامية جاهزة للحام. (ج) تأخر مجموعة مصفوفة فليكس المعزولة بالايبوكسي؛ لاحظ أن الإيبوكسي المتأخر لا يغطي المرجع والأرضية على كلا الجانبين. (D) الجانب الخلفي من مصفوفة Flex مع شريط من الإيبوكسي المتأخر عبر الوسادة (وليس المنافذ الأرضية والمرجعية) وملفوفة حول جانب اللوحة نحو حافة الموصل. شريط المقياس = 0.5 سم (B) و 1 سم (A ، C ، D). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: تطبيق الايبوكسي الفضي ومحاذاة ألياف الكربون بين آثار مصفوفة فليكس. تم تسليط الضوء على الشعيرات الدموية مع تراكب أبيض. (أ) تتلاءم نهاية الشعيرات الدموية بين الآثار للحصول على (ب) إيبوكسي فضي نظيف (يشار إليه بالأسهم في نهاية الشعيرات الدموية وداخل الآثار) ترسب دون امتداد خارج أزواج التتبع. (ج) يتم وضع ألياف الكربون في الايبوكسي ثم (D) تقويمها باستخدام شعيرات دموية نظيفة. أشرطة المقياس = 500 ميكرومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: يتم تطبيق العزل باستخدام تطبيق الأشعة فوق البنفسجية الايبوكسي (A) يتم تطبيق الايبوكسي فوق البنفسجي باستخدام الشعيرات الدموية النظيفة وقطرتين من الايبوكسي فوق البنفسجي (ملحوظ مع تراكبات بيضاء). يتم تطبيق الايبوكسي فوق البنفسجي في قطرات بأقطار 0.25-0.75 مم حتى يشكل الإيبوكسي فوق البنفسجي فقاعة ناعمة فوق الجزء العلوي من الآثار. (ب) يتم علاج الايبوكسي فوق البنفسجي تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية. يتم وضع مصفوفة Flex في المعجون على كتلة خشبية لسهولة الحركة والمحاذاة تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية. يتم الاحتفاظ بضوء الأشعة فوق البنفسجية مع حامل ~ 1 سم فوق نهاية مصفوفة Flex. يعرض الجزء الداخلي (B) المظهر الجانبي لمصفوفة Flex المعزولة بالأشعة فوق البنفسجية بشكل صحيح. يبلغ ارتفاع فقاعة الإيبوكسي فوق البنفسجية على جانبي اللوحة حوالي 50 ميكرومتر. أشرطة المقياس = 500 ميكرومتر (A و B المضمنة). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: إعداد قياسات المعاوقة. يتم تصنيف جميع الأجزاء، وتعتمد موصلات النظام والمحولات على النظام. يتم تمييز PBS بنجمة حيث يتم تبديل الحل ب PEDOT: pTS لاحقا في الإصدار ؛ ومع ذلك، الإعداد متطابق خلاف ذلك. الاختصارات: PBS = محلول ملحي مخزن بالفوسفات. PEDOT:pTS = بولي (3,4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين):p-تولوين سلفونات. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: مصفوفة مرنة محضرة لطلاء الباريلين C. يتم تثبيت مصفوفة Flex على منصة رغوة مرتفعة مع شريط لاصق لأعلى أثناء عملية الطلاء. شريط المقياس = 10 مم. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 7: الأسلاك الأرضية والمرجعية المتصلة بمصفوفة فليكس النهائية. تم تطبيق اللحام على كل جانب من جوانب العبور على جانبي اللوحة (A) لإنشاء رابطة آمنة. يتم تصنيف ePhys vias على اللوحة على أنها GND و Ref ويتم إقرانها على جانبي اللوحة من بعضهما البعض. هناك نوعان إضافيان من vias يطلق عليهما أيضا GND و Ref2. يتم اختصار كل من GND vias معا. من المفترض أن يستخدم Ref2 في التجارب الكهروكيميائية. يشار إلى السلك الزائد في (A) بصندوق أحمر ويتم إزالته (B) من الجانب الخلفي للمسبار (يظهر الصندوق الأحمر مكان وجود الأسلاك) للمساعدة في تقليل الضوضاء والتعامل مع المسبار. (ج) الصفيف المرن النهائي المخزن للاستخدام في المستقبل. لاحظ أن GND و Ref vias المقترنين على هذه اللوحة يجعلانها مخصصة لتسجيلات ePhys. أشرطة المقياس = 200 ميكرومتر (A، B). الاختصارات: ePhys = الفيزيولوجيا الكهربية; GND = الأرض; المرجع = المرجع. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 8: صور SEM للألياف ذات تقنيات قطع الأطراف المختلفة . (أ) الألياف المقطوعة بالمقص مع القليل جدا من الكربون المكشوف. (ب) Nd: قطع ليزر YAG. (ج) الألياف المحروقة مع ~ 140 ملم من الكربون المكشوف من الطرف. (D) الألياف المقطوعة بالليزر بالأشعة فوق البنفسجية مع ~ 120 مم من الكربون المكشوف من الطرف. تشير الأسهم الحمراء إلى المنطقة الانتقالية بين الباريلين C وألياف الكربون العارية. أشرطة المقياس = 5 ميكرومتر (A) ، 10 ميكرومتر (B) ، 50 ميكرومتر (C ، D). الاختصارات: SEM = المجهر الإلكتروني الماسح; Nd:YAG = عقيق الألومنيوم الإيتريوم المنشط بالنيوديميوم. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 9: اختلافات المعاوقة بين تطبيق المعالجة فقط (الكربون العاري المكشوف) وإضافة PEDOT:pTS. في جميع الحالات ، فإن إضافة PEDOT: pTS يقلل من المعاوقة بترتيب الحجم. حجم العينة: Nd: YAG = 262 ، موقد اللحام = 262 ، الأشعة فوق البنفسجية = 7. يرجع اختلاف حجم عينة الأشعة فوق البنفسجية إلى حداثة طريقة التحضير ؛ ومع ذلك ، فإنه يظهر نطاقا مشابها لموقد اللحام ، كما هو متوقع. يتم التعبير عن بيانات المعاوقة كمتوسط ± خطأ قياسي. الاختصارات: PEDOT: pTS = بولي (3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين):p-تولوين سلفونات; عقيق الألومنيوم الإيتريوم المنشط بالنيوديميوم. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 10: بيانات الارتفاع الكهروفسيولوجي الحاد من أربعة أقطاب كهربائية مقطوعة بالليزر بالأشعة فوق البنفسجية.
الشكل 11: المصفوفات التجارية المغلفة بالباريلين C. (أ) تظهر المصفوفة الحادة شحذا موحدا عبر جميع الألياف مما يشير إلى عدم وجود عيوب في الطلاء التجاري. (ب) بعد إحراق اللحام، لا يظهر الانتقال (الصندوق الأحمر) بين ألياف الكربون العارية والباريلين C أي فرق ملحوظ بين المصفوفات المطلية في منشأة غرف الأبحاث. أشرطة المقياس = 200 ميكرومتر (A) و 10 ميكرومتر (B). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| اسم ثنائي الفينيل متعدد الكلور | موصل | لحام وسادة الحجم (مم) | حجم التتبع المكشوف (مم) | تتبع الملعب (ميكرومتر) | القنوات | |
| لوحة واسعة | ميل ماكس 9976-0-00-15-00-00-03-0 | 3.25 × 1.6 | 1.5 × 4.0 | 3000 | 8 | |
| ZIF | هيروز DF30FC-20DS-0.4V، | 0.23 × 0.7 | 0.75 × 0.07 | 152.4 | 16 | |
| مصفوفة مرنة | علم العمليات A79024-001 | 0.4 × 0.8 | 0.6 × 0.033 | 132 | 16 | |
الجدول 1: لكل ثنائي الفينيل متعدد الكلور موصل ودرجة مختلفة مرتبطة به. اختصار: ثنائي الفينيل متعدد الكلور = لوحة الدوائر المطبوعة.
| خطوة البناء | مقاومة 1 كيلو هرتز المتوقعة (kΩ) |
| الألياف العارية | 150-300 |
| الألياف العارية مع عزل الأشعة فوق البنفسجية | 400-500 |
| ألياف الباريلين C المعزولة | 50,000 > |
| Nd: قطع الليزر YAG | <15,000 |
| موقد اللحام | 300-400 |
| قطع الأشعة فوق البنفسجية بالليزر* | 300-500 |
| PEDOT: pTS المغلفة | <110 |
الجدول 2: النطاق النموذجي للمعاوقات بعد كل مرحلة بناء (n = 272). *ن = 16. PEDOT: المجسات المعالجة ب pTS فوق 110 kΩ قد لا تزال تسجل الإشارات. ومع ذلك ، فإن جميع الأقطاب الكهربائية المعالجة تندرج عادة تحت هذه القيمة. الاختصارات: PEDOT: pTS = بولي (3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين):p-تولوين سلفونات; عقيق الألومنيوم الإيتريوم المنشط بالنيوديميوم.
| طريقة التحضير | لوحة واسعة | ZIF | مصفوفة مرنة |
| ند:ياغ | المقاومة، SEM، ePhys الحادة | المقاومة، SEM، ePhys الحاد / المزمن | المقاومة، SEM، ePhys الحاد / المزمن |
| اللحام | المقاومة، SEM، ePhys الحادة | المقاومة، SEM، ePhys الحاد / المزمن | المقاومة، SEM، ePhys الحاد / المزمن |
| الأشعة فوق البنفسجية ليزر | لم يتم التحقق من صحتها بعد | المقاومة، SEM، ePhys الحاد / المزمن | غير قابل للتطبيق |
الجدول 3: الاستخدامات المصادق عليها لكل لوح مع طرق القطع الموصوفة. وشملت جميع طرق القطع الترسيب الكهربائي ل PEDOT: pTS. تشير كلمة "غير قابل للتطبيق" إلى أن عامل الشكل للتصميم يمنع اختبار علاج الطرف هذا في هذا الوقت (أي طبقة الألياف). الاختصارات: عقيق الألومنيوم الإيتريوم المنشط بالنيوديميوم. SEM = المجهر الإلكتروني الماسح; ePhys = الفيزيولوجيا الكهربية; ZIF = قوة الإدخال الصفرية.
| نشاط | الوقت ل 8 أجهزة (ح) |
| جميع لحام | 5 |
| عزل المهدئات | 1 |
| تعبئة ألياف الكربون | 10 |
| آثار عازلة مع الأشعة فوق البنفسجية الايبوكسي | 0.5 |
| ترسب الباريلين C | 1.5 |
| Nd: YAG القطع بالليزر | 1 |
| اللحام | 1 |
| القطع بالليزر بالأشعة فوق البنفسجية | 1.5 |
| جميع اختبارات المعاوقة | 4.5 |
| PEDOT: ترسيب pTS | 1.5 |
| الوصفة المستخدمة | مجموع الساعات |
| Nd: قطع الليزر YAG | 25 |
| اللحام | 25 |
| قطع الأشعة فوق البنفسجية بالليزر | 25.5 |
الجدول 4: الوقت اللازم لكل خطوة من خطوات عملية التصنيع. تم دمج لحام الموصل والأسلاك الأرضية والمرجعية هنا لتبسيط قائمة الأنشطة. الاختصارات: PEDOT: pTS = بولي (3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين):p-تولوين سلفونات; عقيق الألومنيوم الإيتريوم المنشط بالنيوديميوم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
بدائل المواد
وفي حين أن جميع المواد المستخدمة ملخصة في جدول المواد، فإن عددا قليلا جدا من المواد مطلوب أن يأتي من بائعين محددين. يجب أن تأتي لوحة Flex Array من البائع المدرج لأنها الشركة الوحيدة التي يمكنها طباعة اللوحة المرنة. يجب أيضا طلب موصل Flex Array من المورد المدرج لأنه موصل خاص. يوصى بشدة باستخدام الباريلين C كمادة عازلة للألياف لأنه يوفر طبقة مطابقة في درجة حرارة الغرفة بطريقة موثوقة يمكنها بعد ذلك تحمل البيئة في الجسم الحي . لا يمكن للوح البوليميد والإيبوكسيات الموجودة على اللوحة تحمل درجات الحرارة العالية المطلوبة لتقنيات العزل الأخرى. يمكن شراء جميع المواد الأخرى من بائعين آخرين أو استبدالها ببدائل وفقا لتقدير المستخدمين. من المفترض أن يكون هذا الإصدار مرنا وقابلا للتخصيص ليناسب تجربة المستخدم النهائي. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن أي تغييرات من المواد أو البائعين المدرجين في القائمة يجب التحقق من صحتها من قبل المستخدم النهائي.
استكشاف مشكلات البناء وإصلاحها
يميل ترسب الايبوكسي الفضي إلى الفشل لعدة أسباب: عرض الشعيرات الدموية واسع جدا بحيث لا يتناسب بين الآثار ، أو أن عرض الشعيرات الدموية رقيق جدا بحيث لا يمكن التقاطه وإيداعه الإيبوكسي ، أو وجود فائض من الإيبوكسي على الشعيرات الدموية. يمكن حل المشكلتين الأوليين عن طريق قطع شعيرة شعرية جديدة بحجم أكثر ملاءمة. هذا الأخير عن طريق غمس الشعيرات الدموية في الايبوكسي بيد أخف وزنا أو إزالة جزء من فقاعة الايبوكسي عن طريق وضع الشعيرات الدموية بلطف على قفاز النتريل الاحتياطي.
غالبا ما يكون تحديد كيفية تحضير القطب الكهربائي قرارا صعبا للعديد من المستخدمين. ومع ذلك ، فإن تحديد ما هو مطلوب للتجربة سيساعد في إلقاء الضوء على القرار. بالنسبة للجراحات الحادة ، يمكن استخدام نصائح حادة إذا كان حجم موقع القطب مهما ؛ ومع ذلك ، فإنها سوف تدخل فقط في الأنسجة الرخوة (الدماغ) وفقط في أعماق مستهدفة أقل من 500 ميكرومتر.
الذهاب إلى هياكل أعمق في الدماغ ممكن باستخدام قنية زجاجية22. ومع ذلك ، يمكن أن يسبب هذا تندب وعدم موثوقية مرتبطة به في تسجيلات ePhys. يجب أن تكون الألياف أقل من 300 ميكرومتر عند شحذها لتكون قادرة على اختراق الأنسجة الصلبة (العصب) لأن الطول الأقصر يوفر العمود الفقري الأكثر صلابة للإدخال7,8. كما لوحظ مؤخرا أن الألياف الحادة تخترق أعماق 1 مم في الدماغ8.
في حين أن المصفوفات التي نوقشت في هذه الورقة هي نقطة انطلاق ممتازة للعديد من المختبرات، فقد تم أيضا تطوير مجسات أحدث تستخدم ألياف الكربون لاستهداف المناطق العميقة في الدماغ بشكل مزمن21،22،29. في الأعصاب ، تعد الأقطاب الكهربائية ذات الغزو المنخفض والانتقائية العالية موضوعا بحثيا مستمرا5،8،30. تمكن Jiman et al.7 من اكتشاف النشاط متعدد الوحدات داخل العصب بأقل قدر من الغزو وزيادة الانتقائية باستخدام صفيف سيليكون من ألياف الكربون8 ، والذي يعكس تصميم Flex Array المعروض هنا.
إمكانية الوصول إلى الباريلين C
الباريلين C هو طريقة للطلاء المطابق في درجة حرارة الغرفة تم استخدامه كعازل متوافق حيويا في العديد من الأجهزة المزروعة. تتطلب هذه التقنية أداة متخصصة في غرفة الأبحاث وتستغرق حوالي ساعة للتعلم. تم إجراء مسح سريع للمؤسسات التي طلبت سابقا صفائف ألياف الكربون من مجموعتنا لتحديد إمكانية الوصول إلى ترسب الباريلين C. وجدنا أنه من بين 17 معهدا ، كان لدى 41٪ إمكانية الوصول إلى أنظمة طلاء الباريلين C في حرمهم الجامعي. بالنسبة للجامعات التي لا يمكنها الوصول إلى نظام طلاء الباريلين C ، تعد خدمات الطلاء التجارية بديلا قابلا للتطبيق ، كما هو موضح هنا. بدلا من ذلك ، قد تكون الاستعانة بمصادر خارجية إلى غرفة الأبحاث الجامعية القريبة ذات أهمية أيضا للمختبرات التي لا يمكنها الوصول المباشر إلى نظام ترسيب Parylene C. لتقليل التكلفة لكل جهاز، ننصح بإرسال دفعات أكبر من المصفوفات لأن الأنظمة التجارية يمكن أن تستوعب في كثير من الأحيان عينات أكبر.
تحسين الاستعدادات تلميح
يجب التحقيق في استعدادات إضافية للتلميحات لهذه الألياف لأن الاستعدادات الحالية للتلميح تتطلب من المستخدم النهائي الاختيار بين القدرة على الاختراق وموقع تسجيل صغير. في حين أن الألياف المقطوعة بالليزر Nd:YAG توفر حجم موقع صغير20 ، فإن القدرة على اختراق الأنسجة الأكثر صلابة (العضلات والأعصاب) غير موجودة تقريبا ، وقد يكون الوصول إلى إعداد ليزر قادر على تقنية القطع هذه صعبا ومكلفا. في حين أن اللحام يسمح بطريقة سريعة واقتصادية للحصول على نصائح حادة يمكن أن تخترق العديد من الأنسجة7، فإن هندسة الطرف كبيرة وقد تكون غير متناسقة من الألياف إلى الألياف20. يوفر القطع بالليزر بالأشعة فوق البنفسجية أيضا معاوقات منخفضة ومساحات سطح كبيرة ولكن مع فائدة إضافية تتمثل في التعرض الأكثر اتساقا. يمكن الوصول إلى ليزر الأشعة فوق البنفسجية بشكل أكبر من ليزر Nd: YAG. ومع ذلك ، ستحتاج المختبرات إلى هندسة طريقة لمحاذاة الليزر مع الألياف ولن تكون قادرة على استخدام مصفوفة Flex بسبب ميل الألياف إلى أصغر من قطر النقطة البؤرية لليزر. أظهرت الأعمال السابقة تصنيع ألياف صغيرة وشحذ عن طريق الحفر31,32. يمكن أن يؤدي هذا النهج إلى هندسة قطب كهربائي صغير وموثوق به والحفاظ على الطرف الحاد الضروري لاختراق الأعصاب والعضلات.
قد يحتاج طلاء الطرف الحالي ، PEDOT: pTS ، إلى استبداله لأنه يميل إلى التحلل بمرور الوقت ، وهي سمة غير مرغوب فيها لمسبار مزمن17،25،33. يؤدي نقص طول عمر PEDOT:pTS إلى معاوقات أعلى ، وبالتالي انخفاض جودة الإشارة ، ويرجع ذلك جزئيا إلى زيادة ضوضاء الخلفية. لزيادة طول العمر في نصائح الألياف هذه ، يتم إجراء تحقيق في جدوى طلاء البلاتين والإيريديوم. سيسمح البلاتين الإيريديوم بمساحة سطح أكبر25,34 مركزة على طرف القطب ، مع الحفاظ على مقاومة منخفضة34,35,36 والسماح باستقرار مزمن أطول34,36. تم استخدام طلاءات أخرى ، مثل PEDOT / أكسيد الجرافين 37 و gold38 ، لخفض معاوقات قطب ألياف الكربون ، على الرغم من أن هذه الطلاءات تستخدم عادة في تحقيقات الاستشعار الكيميائي بدلا من تسجيلات ePhys. نظرا للخصائص المتأصلة في ألياف الكربون39، يمكن تحويل مصفوفة ألياف الكربون المعروضة هنا من مسبار محسن ل ePhys إلى جهاز استشعار كيميائي مع تغيير بسيط في إعداد الطرف22,40.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ويعلن صاحبا البلاغ أنه ليس لديهما مصالح مالية منافسة.
Acknowledgments
تم دعم هذا العمل ماليا من قبل المعاهد الوطنية للاضطرابات العصبية والسكتة الدماغية (UF1NS107659 و UF1NS115817) والمؤسسة الوطنية للعلوم (1707316). يعترف المؤلفون بالدعم المالي المقدم من كلية الهندسة بجامعة ميشيغان والدعم الفني من مركز ميشيغان لتوصيف المواد ومختبر فان فلاك الجامعي. يشكر المؤلفون الدكتور خليل نجفي على استخدام ليزر Nd:YAG الخاص به ومرفق Lurie Nanofabrication لاستخدام آلة ترسيب الباريلين C. نود أيضا أن نشكر أنظمة الطلاء المتخصصة (إنديانابوليس ، IN) لمساعدتهم في دراسة مقارنة الطلاء التجاري.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3 prong clams | 05-769-6Q | Fisher | Qty: 2 Unit Cost (USD): 20 |
| 3,4-ethylenedioxythiophene (25 g) (PEDOT) |
96618 | Sigma-Aldrich | Qty: 1 Unit Cost (USD): 102 |
| 353ND-T Epoxy (8oz)++ (ZIF and Wide Board Only) |
353ND-T/8OZ | Epoxy Technology | Qty: 1 Unit Cost (USD): 48 |
| Ag/AgCl (3M NaCl) Reference Electrode (pack of 3) | 50-854-570 | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 100 |
| Autolab | PGSTAT12 | Metrohm | |
| Blowtorch | 1WG61 | Grainger | Qty: 1 Unit Cost (USD): 36 |
| Carbon Fibers | T-650/35 3K | Cytec Thornel | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Carbon tape | NC1784521 | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 27 |
| Cotton Tipped Applicator | WOD1002 | MediChoice | Qty: 1 Unit Cost (USD): 0.57 |
| Delayed Set Epoxy++ | 1FBG8 | Grainger | Qty: 1 Unit Cost (USD): 3 |
| DI Water | n/a | n/a | Qty: n/a Unit Cost (USD): n/a |
| Dumont Tweezers #5 | 50-822-409 | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 73 |
| Flex Array** | n/a | MicroConnex | Qty: 1 Unit Cost (USD): 68 |
| Flux | SMD291ST8CC | DigiKey | Qty: 1 Unit Cost (USD): 13 |
| Glass Capillaries (pack of 350) | 50-821-986 | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 60 |
| Glass Dish | n/a | n/a | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Hirose Connector (ZIF Only) |
H3859CT-ND | DigiKey | Qty: 2 Unit Cost (USD): 2 |
| Light-resistant Glass Bottle | n/a | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Micropipette Heating Filiment | FB315B | Sutter Instrument Co | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Micropipette Puller | P-97 | Sutter Instrument Co | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Nitrile Gloves (pack of 200) | 19-041-171C | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 47 |
| Offline Sorter software | n/a | Plexon | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Omnetics Connector* (Flex Array Only) |
A79025-001 | Omnetics Inc | Qty: 1 Unit Cost (USD): 35 |
| Omnetics Connector* (Flex Array Only) |
A79024-001 | Omnetics Inc | Qty: 1 Unit Cost (USD): 35 |
| Omnetics to ZIF connector | ZCA-OMN16 | Tucker-Davis Technologies | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Pin Terminal Connector (Wide Board Only) |
ED11523-ND | DigiKey | Qty: 16 Unit Cost (USD): 10 |
| Probe storage box | G2085 | Melmat | Qty: 1 Unit Cost (USD): 2 |
| Razor Blade | 4A807 | Grainger | Qty: 1 Unit Cost (USD): 2 |
| SEM post | 16327 | lnf | Qty: 1 Unit Cost (USD): 3 |
| Silver Epoxy (1oz)++ | H20E/1OZ | Epoxy Technology | Qty: 1 Unit Cost (USD): 125 |
| Silver GND REF wires | 50-822-122 | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 423.2 |
| Sodium p-toulenesulphonate(pTS)- 100g | 152536 | Sigma-Aldrich | Qty: 1 Unit Cost (USD): 59 |
| Solder | 24-6337-9703 | DigiKey | Qty: 1 Unit Cost (USD): 60 |
| Soldering Iron Tip | T0054449899N-ND | Digikey | Qty: 1 Unit Cost (USD): 13 |
| Soldering Station | WD1002N-ND | Digikey | Qty: 1 Unit Cost (USD): 374 |
| SpotCure-B UV LED Cure System | n/a | FusionNet LLC | Qty: 1 Unit Cost (USD): 895 |
| Stainless steel rod | n/a | n/a | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Stir Plate | n/a | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): n/a |
| Surgical Scissors | 08-953-1B | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 100 |
| TDT Shroud (ZIF Only) |
Z3_ZC16SHRD_RSN | TDT | Qty: 1 Unit Cost (USD): 3.5 |
| Teflon Tweezers | 50-380-043 | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 47 |
| UV & Visible Light Safety Glassees | 92522 | Loctite | Qty: 1 Unit Cost (USD): 45 |
| UV Epoxy (8oz)++ (Flex Array Only) |
OG142-87/8OZ | Epoxy Technology | Qty: 1 Unit Cost (USD): 83 |
| UV Laser | n/a | WER | Qty: 1 Unit Cost (USD): 30 |
| Weigh boat (pack of 500) |
08-732-112 | Fisher | Qty: 1 Unit Cost (USD): 58 |
| Wide Board+ | n/a | Advanced Circuits | Qty: 1 Unit Cost (USD): 3 |
| ZIF Active Headstage | ZC16 | Tucker-Davis Technologies | Qty: 1 Unit Cost (USD): 925 |
| ZIF Passive Headstage | ZC16-P | Tucker-Davis Technologies | Qty: 1 Unit Cost (USD): 625 |
| ZIF* | n/a | Coast to Coast Circuits | Qty: 1 Unit Cost (USD): 9 |
References
- Szostak, K. M., Grand, L., Constandinou, T. G. Neural interfaces for intracortical recording: Requirements, fabrication methods, and characteristics. Frontiers in Neuroscience. 11, 665 (2017).
- Cunningham, J. P., et al. A closed-loop human simulator for investigating the role of feedback control in brain-machine interfaces. Journal of Neurophysiology. 105 (4), 1932-1949 (2011).
- Yoshida, K., Bertram, M. J., Hunter Cox, T. G., Riso, R. R. Peripheral nerve recording electrodes and techniques. Neuroprosthetics: Theory and Practice. Horch, K., Kipke, D. , World Scientific. 377-466 (2017).
- Dweiri, Y. M., Stone, M. A., Tyler, D. J., McCallum, G. A., Durand, D. M. Fabrication of high contact-density, flat-interface nerve electrodes for recording and stimulation applications. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (116), e54388 (2016).
- Kim, H., et al. Cuff and sieve electrode (CASE): The combination of neural electrodes for bi-directional peripheral nerve interfacing. Journal of Neuroscience Methods. 336, 108602 (2020).
- Ciancio, A. L., et al. Control of prosthetic hands via the peripheral nervous system. Frontiers in Neuroscience. 10, 116 (2016).
- Jiman, A. A., et al. Multi-channel intraneural vagus nerve recordings with a novel high-density carbon fiber microelectrode array. Scientific Reports. 10 (1), 15501 (2020).
- Welle, E. J., et al. Sharpened and mechanically robust carbon fiber electrode arrays for neural interfacing. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 29, 993-1003 (2021).
- Moffitt, M. A., McIntyre, C. C. Model-based analysis of cortical recording with silicon microelectrodes. Clinical Neurophysiology. 116 (9), 2240-2250 (2005).
- Neural cuff. Ardiem Medical. , Available from: http://www.ardiemmedical.com/neural-cuff/ (2021).
- Nerve-cuff electrodes. Micro-Leads Neuro. , Available from: https://www.microleadsneuro.com/research-products/?jumpto=nerve-cuff (2021).
- Mortimer, J. T., et al. Perspectives on new electrode technology for stimulating peripheral nerves with implantable motor prostheses. IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering. 3 (2), 145-154 (1995).
- Boretius, T., et al. A transverse intrafascicular multichannel electrode (TIME) to interface with the peripheral nerve. Biosensors & Bioelectronics. 26 (1), 62-69 (2010).
- Grill, W. M., Norman, S. E., Bellamkonda, R. V. Implanted neural interfaces biochallenges and engineered solutions. Annual Review of Biomedical Engineering. 11, 1-24 (2009).
- Larson, C. E., Meng, E. A review for the peripheral nerve interface designer. Journal of Neuroscience Methods. 332, 108523 (2020).
- Christensen, M. B., et al. The foreign body response to the Utah Slant Electrode Array in the cat sciatic nerve. Acta Biomaterialia. 10 (11), 4650-4660 (2014).
- Patel, P. R., et al. Chronic in vivo stability assessment of carbon fiber microelectrode arrays. Journal of Neural Engineering. 13 (6), 066002 (2016).
- Yoshida Kozai, T. D., et al. Ultrasmall implantable composite microelectrodes with bioactive surfaces for chronic neural interfaces. Nature Materials. 11 (12), 1065-1073 (2012).
- Saito, N., et al. Application of carbon fibers to biomaterials: A new era of nano-level control of carbon fibers after 30-years of development. Chemical Society Reviews. 40 (7), 3824-3834 (2011).
- Welle, E. J., et al. Fabrication and characterization of a carbon fiber peripheral nerve electrode appropriate for chronic recording. FASEB Journal. 34 (1), 1 (2020).
- Guitchounts, G., Cox, D. 64-Channel carbon fiber electrode arrays for chronic electrophysiology. Scientific Reports. 10 (1), 3830 (2020).
- Patel, P. R., et al. High density carbon fiber arrays for chronic electrophysiology, fast scan cyclic voltammetry, and correlative anatomy. Journal of Neural Engineering. 17 (5), 056029 (2020).
- Massey, T. L., et al. Open-source automated system for assembling a high-density microwire neural recording array. 2016 International Conference on Manipulation, Automation and Robotics at Small Scales (MARSS). , 1-7 (2016).
- Schwerdt, H. N., et al. Subcellular probes for neurochemical recording from multiple brain sites. Lab Chip. 17, 1104-1115 (2017).
- Welle, E. J., et al. Ultra-small carbon fiber electrode recording site optimization and improved in vivo chronic recording yield. Journal of Neural Engineering. 17 (2), 026037 (2020).
- Guitchounts, G., Markowitz, J. E., Liberti, W. A., Gardner, T. J. A carbon-fiber electrode array for long-term neural recording. Journal of Neural Engineering. 10 (4), 046016 (2013).
- Gillis, W. F., et al. Carbon fiber on polyimide ultra-microelectrodes. Journal of Neural Engineering. 15 (1), 016010 (2018).
- Dong, T., Chen, L., Shih, A. Laser sharpening of carbon fiber microelectrode arrays for brain recording. Journal of Micro and Nano-Manufacturing. 8 (4), 041013 (2020).
- Massey, T. L., et al. A high-density carbon fiber neural recording array technology. Journal of Neural Engineering. 16 (1), 016024 (2019).
- Romeni, S., Valle, G., Mazzoni, A., Micera, S. Tutorial: a computational framework for the design and optimization of peripheral neural interfaces. Nature Protocols. 15 (10), 3129-3153 (2020).
- Khani, H., Wipf, D. O. Fabrication of tip-protected polymer-coated carbon-fiber ultramicroelectrodes and pH ultramicroelectrodes. Journal of The Electrochemical Society. 166 (8), 673-679 (2019).
- El-Giar, E. E. D. M., Wipf, D. O. Preparation of tip-protected poly(oxyphenylene) coated carbon-fiber ultramicroelectrodes. Electroanalysis. 18 (23), 2281-2289 (2006).
- Venkatraman, S., et al. In vitro and in vivo evaluation of PEDOT microelectrodes for neural stimulation and recording. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 19 (3), 307-316 (2011).
- Petrossians, A., et al. Electrodeposition and Characterization of Thin-Film Platinum-Iridium Alloys for Biological Interfaces. Journal of the Electrochemical Society. 158 (6), 269-276 (2011).
- Lee, C. D., Hudak, E. M., Whalen, J. J., Petrossians, A., Weiland, J. D. Low-impedance, high surface area Pt-Ir electrodeposited on cochlear implant electrodes. Journal of The Electrochemical Society. 165 (12), 3015-3017 (2018).
- Cassar, I. R., et al. Electrodeposited platinum-iridium coating improves in vivo recording performance of chronically implanted microelectrode arrays. Biomaterials. 205, 120-132 (2019).
- Taylor, I. M., et al. Enhanced dopamine detection sensitivity by PEDOT/graphene oxide coating on in vivo carbon fiber electrodes. Biosensors and Bioelectronics. 89, 400-410 (2017).
- Mohanaraj, S., et al. Gold nanoparticle modified carbon fiber microelectrodes for enhanced neurochemical detection. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (147), e59552 (2019).
- Pusch, J., Wohlmann, B. Chapter 2 - Carbon fibers. Inorganic and composite fibers. Production, properties, and applications. , Woodhead Publishing. 31-51 (2019).
- Budai, D., Hernádi, I., Mészáros, B., Bali, Z. K., Gulya, K. Electrochemical responses of carbon fiber microelectrodes to dopamine in vitro and in vivo. Acta Biologica Szegediensis. 54 (2), 155-160 (2010).
