Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

ओपन-सोर्स टूलकिट: तंत्रिका रिकॉर्डिंग के लिए बेंचटॉप कार्बन फाइबर माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणी

Published: October 29, 2021 doi: 10.3791/63099
Automatic Translation
1, 1, 1, 2, 3, 2, 1,4,5,6
1Department of Biomedical Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, 2Department of Mechanical Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, 3Department of Mechanical Engineering, University of Massachusetts Lowell, 4Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Michigan, Ann Arbor, 5Neuroscience Graduate Program, University of Michigan, Ann Arbor, 6Robotics Graduate Program, University of Michigan, Ann Arbor

Summary

यहां, हम तंत्रिका और मस्तिष्क में विवो में रिकॉर्डिंग के लिए अनुकूलन योग्य कार्बन फाइबर इलेक्ट्रोड सरणियों के लिए निर्माण पद्धति का वर्णन करते हैं।

Abstract

पारंपरिक परिधीय तंत्रिका जांच मुख्य रूप से एक क्लीनरूम में गढ़ी जाती है, जिसमें कई महंगे और अत्यधिक विशिष्ट उपकरणों के उपयोग की आवश्यकता होती है। यह पेपर कार्बन फाइबर तंत्रिका इलेक्ट्रोड सरणियों की एक क्लीनरूम "लाइट" निर्माण प्रक्रिया प्रस्तुत करता है जिसे अनुभवहीन क्लीनरूम उपयोगकर्ता द्वारा जल्दी से सीखा जा सकता है। इस कार्बन फाइबर इलेक्ट्रोड सरणी निर्माण प्रक्रिया के लिए केवल एक क्लीनरूम टूल, एक पेरिलीन सी जमाव मशीन की आवश्यकता होती है, जिसे सीमांत लागत पर वाणिज्यिक प्रसंस्करण सुविधा के लिए जल्दी से या आउटसोर्स किया जा सकता है। इस निर्माण प्रक्रिया में हाथ से पॉप्युलेटिंग मुद्रित सर्किट बोर्ड, इन्सुलेशन और टिप अनुकूलन भी शामिल हैं।

तीन अलग-अलग टिप अनुकूलन यहां (एनडी: YAG लेजर, blowtorch, और यूवी लेजर) टिप ज्यामिति और 1 kHz प्रतिबाधाओं की एक श्रृंखला में परिणाम, blowtorched फाइबर के साथ सबसे कम प्रतिबाधा में जिसके परिणामस्वरूप. जबकि पिछले प्रयोगों ने लेजर और ब्लोटॉर्च इलेक्ट्रोड प्रभावकारिता साबित की है, यह पेपर यह भी दिखाता है कि यूवी लेजर-कट फाइबर विवो में तंत्रिका संकेतों को रिकॉर्ड कर सकते हैं। मौजूदा कार्बन फाइबर सरणियों में या तो बंडलों के पक्ष में इंडिविटेड इलेक्ट्रोड नहीं होते हैं या जनसंख्या और इन्सुलेशन के लिए क्लीनरूम निर्मित मार्गदर्शिकाओं की आवश्यकता होती है। प्रस्तावित सरणियों में केवल उन उपकरणों का उपयोग किया जाता है जिनका उपयोग फाइबर आबादी के लिए बेंचटॉप पर किया जा सकता है। यह कार्बन फाइबर इलेक्ट्रोड सरणी निर्माण प्रक्रिया व्यावसायिक रूप से उपलब्ध जांच की तुलना में कम कीमत पर थोक सरणी निर्माण के त्वरित अनुकूलन के लिए अनुमति देता है।

Introduction

तंत्रिका विज्ञान अनुसंधान का अधिकांश हिस्सा इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी (ePhys) का उपयोग करके तंत्रिका संकेतों को रिकॉर्ड करने पर निर्भर करता है। ये तंत्रिका संकेत तंत्रिका नेटवर्क और उपन्यास चिकित्सा उपचार जैसे मस्तिष्क मशीन और परिधीय तंत्रिका इंटरफेस 1,2,3,4,5,6 के कार्यों को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं। परिधीय नसों के आसपास के अनुसंधान के लिए कस्टम-निर्मित या व्यावसायिक रूप से उपलब्ध तंत्रिका रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड की आवश्यकता होती है। माइक्रोन-स्केल आयामों और नाजुक सामग्री के साथ तंत्रिका रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड-अद्वितीय उपकरण-बनाने के लिए कौशल और उपकरणों के एक विशेष सेट की आवश्यकता होती है। विशिष्ट अंत उपयोगों के लिए विभिन्न प्रकार की विशेष जांच विकसित की गई है; हालांकि, इसका तात्पर्य यह है कि प्रयोगों को वर्तमान में उपलब्ध वाणिज्यिक जांच के आसपास डिज़ाइन किया जाना चाहिए, या एक प्रयोगशाला को एक विशेष जांच के विकास में निवेश करना चाहिए, जो एक लंबी प्रक्रिया है। परिधीय तंत्रिका में तंत्रिका अनुसंधान की विस्तृत विविधता के कारण, एक बहुमुखी ePhys probe4,7,8 के लिए उच्च मांग है। एक आदर्श ePhys जांच एक छोटी रिकॉर्डिंग साइट, कम प्रतिबाधा9, और एक system3 में कार्यान्वयन के लिए एक वित्तीय रूप से यथार्थवादी मूल्य बिंदु की सुविधा होगी.

वर्तमान वाणिज्यिक इलेक्ट्रोड या तो एक्स्ट्रान्यूरल या कफ इलेक्ट्रोड (न्यूरल कफ 10, माइक्रोप्रोब्स नर्व कफ इलेक्ट्रोड 11) होते हैं, जो तंत्रिका के बाहर बैठते हैं, या इंट्राफैसिकुलर, जो तंत्रिका में प्रवेश करते हैं और ब्याज के फास्किल के भीतर बैठते हैं। हालांकि, जैसा कि कफ इलेक्ट्रोड फाइबर से दूर बैठते हैं, वे आस-पास की मांसपेशियों और अन्य fascicles से अधिक शोर उठाते हैं जो लक्ष्य नहीं हो सकते हैं। ये जांच तंत्रिका को संकुचित करने के लिए भी होती हैं, जिससे बायोफाउलिंग-ग्लियाल कोशिकाओं का एक निर्माण हो सकता है और इलेक्ट्रोड इंटरफ़ेस पर निशान ऊतक-जबकि ऊतक ठीक हो जाता है। इंट्राफैसिकुलर इलेक्ट्रोड (जैसे LIFE12, TIME13, और Utah Arrays14) fascicle चयनात्मकता के लाभ को जोड़ते हैं और अच्छे सिग्नल-टू-शोर अनुपात होते हैं, जो मशीन इंटरफेसिंग के लिए भेदभाव संकेतों में महत्वपूर्ण है। हालांकि, इन जांचों में बायोकंपैटिबिलिटी के साथ समस्याएं हैं, समय के साथ तंत्रिकाएं विकृत हो जाती हैं3,15,16। जब व्यावसायिक रूप से खरीदा जाता है, तो इन दोनों जांचों में प्रयोग-विशिष्ट अनुकूलन के लिए कोई विकल्प नहीं होने के साथ स्थिर डिजाइन होते हैं और नई प्रयोगशालाओं के लिए महंगे होते हैं।

अन्य जांचों द्वारा प्रस्तुत उच्च लागत और जैव संगतता के मुद्दों के जवाब में, कार्बन फाइबर इलेक्ट्रोड विशेष उपकरणों की आवश्यकता के बिना अपनी जांच बनाने के लिए तंत्रिका विज्ञान प्रयोगशालाओं के लिए एक एवेन्यू प्रदान कर सकते हैं। कार्बन फाइबर एक छोटे से रूप कारक के साथ एक वैकल्पिक रिकॉर्डिंग सामग्री है जो कम क्षति सम्मिलन के लिए अनुमति देता है। कार्बन फाइबर बेहतर biocompatibility प्रदान करते हैं और सिलिकॉन 17,18,19 की तुलना में काफी कम निशान प्रतिक्रिया गहन क्लीनरूम प्रसंस्करण 5,13,14 के बिना। कार्बन फाइबर लचीले, टिकाऊ, आसानी से अन्य biomaterials19 के साथ एकीकृत कर रहे हैं, और प्रवेश और तंत्रिका 7,20 से रिकॉर्ड कर सकते हैं. कार्बन फाइबर के कई फायदों के बावजूद, कई प्रयोगशालाओं को इन सरणियों के मैनुअल निर्माण को कठिन लगता है। कुछ groups21 कार्बन फाइबर को बंडलों में जोड़ते हैं जो सामूहिक रूप से एक बड़े (~ 200 μm) व्यास में परिणाम देते हैं; हालांकि, हमारे ज्ञान के लिए, इन बंडलों को तंत्रिका में सत्यापित नहीं किया गया है। दूसरों ने अविभाज्य कार्बन फाइबर इलेक्ट्रोड सरणियों का निर्माण किया है, हालांकि उनके तरीकों को अपने सरणियों को पॉप्युलेट करने के लिए क्लीनरूम-निर्मित कार्बन फाइबर गाइड 22,23,24 और उपकरणों की आवश्यकता होती है। इसे संबोधित करने के लिए, हम एक कार्बन फाइबर सरणी बनाने की एक विधि का प्रस्ताव करते हैं जिसे प्रयोगशाला बेंचटॉप पर किया जा सकता है जो अचानक संशोधनों की अनुमति देता है। परिणामी सरणी विशेष फाइबर पॉप्युलेटिंग टूल के बिना individuated इलेक्ट्रोड युक्तियों को बनाए रखती है। इसके अतिरिक्त, अनुसंधान प्रयोग की जरूरतों से मेल खाने के लिए कई ज्यामिति प्रस्तुत की जाती हैं। पिछले work8,17,22,25 से निर्माण, यह पेपर न्यूनतम क्लीनरूम प्रशिक्षण समय की आवश्यकता के साथ मैन्युअल रूप से सरणियों की कई शैलियों को बनाने और संशोधित करने के लिए विस्तृत तरीके प्रदान करता है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

सभी पशु प्रक्रियाओं को मिशिगन संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति के विश्वविद्यालय द्वारा अनुमोदित किया गया था।

1. एक कार्बन फाइबर सरणी का चयन

  1. चित्र 1 में दिखाए गए तीन डिज़ाइनों में से एक से एक मुद्रित सर्किट बोर्ड (PCB) चुनें.
    नोट:: इस प्रोटोकॉल के लिए, फ्लेक्स Arrays फ़ोकस हो जाएगा।
    1. चेस्टेक लैब वेबसाइट (https://chestekresearch.engin.umich.edu) पर पीसीबी डिजाइनों को देखें, नि: शुल्क और पीसीबी प्रिंटिंग हाउस के माध्यम से प्रिंटिंग के लिए भेजे जाने और आदेश देने के लिए तैयार हैं।
    2. विशिष्ट प्रयोगात्मक सेटअप के लिए काम करेगा जो कनेक्टर का चयन करने में मदद करने के लिए प्रत्येक बोर्ड और उनके विनिर्देशों के लिए कनेक्टर और उनके विनिर्देशों के सारांश के लिए तालिका 1 देखें।

2. सर्किट बोर्ड के लिए कनेक्टर टांका लगाना

  1. 315 डिग्री सेल्सियस (600 डिग्री फारेनहाइट) पर एक टांका लगाने वाला लोहा सेट करें।
  2. पीसीबी पर सभी टांका पैड के लिए फ्लक्स लागू होते हैं।
    नोट: एक ट्यूब के भीतर फ्लक्स को पैड पर निचोड़ा जा सकता है, जबकि एक बर्तन में फ्लक्स को सभी पैडों पर फ्लक्स को उदारतापूर्वक स्मीयर करके कपास-इत्तला वाले एप्लिकेटर के लकड़ी के अंत के साथ लागू किया जा सकता है।
  3. फ्लेक्स सरणी (चित्रा 2A) के पीछे पैड पर मिलाप के छोटे टीले फार्म.
  4. मिलाप पैड की पिछली पंक्ति के लिए कनेक्टर पिन की निचली पंक्ति को मिलाप करें (चित्रा 2B)।
    नोट: Chestek प्रयोगशाला द्वारा प्रदान किए गए सभी बोर्ड डिज़ाइन डिज़ाइन डिज़ाइन किए गए थे ताकि कनेक्टर्स अपने निर्दिष्ट बोर्ड के साथ ठीक से जोड़ी बना सकें।
    1. ऐसा करने के लिए, मिलाप टीले के लिए आसान पहुँच के साथ कनेक्टर के दोनों ओर पिन मिलाप. एक बार सुरक्षित होने के बाद, धीरे से पीछे की ओर शेष कनेक्शन को मिलाप करने के लिए सामने की पिन के बीच टांका लगाने वाले लोहे की नोक को धक्का दें।
      नोट: एक बार पिन की पिछली पंक्ति सुरक्षित होने के बाद, बाकी कनेक्टर अपने असाइन किए गए मिलाप पैड के ऊपर प्रत्येक पिन के साथ संरेखित होगा।
  5. प्रत्येक पिन के लिए मिलाप की एक छोटी राशि लागू करके बोर्ड के लिए पिन की सामने की पंक्ति मिलाप. फ्लक्स की एक अतिरिक्त परत लागू करें यदि टांका लगाने जल्दी से नहीं हो रहा है।
    1. 100% आइसोप्रोपाइल अल्कोहल (आईपीए) और एक छोटे ब्रिस्टल ब्रश के साथ अतिरिक्त फ्लक्स को साफ करें।
  6. विलंबित सेट epoxy (चित्रा 2 सी, डी) में टांका कनेक्शन encapsulate एक 23 जी सुई और 1 एमएल सिरिंज पिन पर नीचे बेवल पक्ष रखा का उपयोग कर. सिरिंज के माध्यम से epoxy पुश धीरे-धीरे इतना है कि यह में और कनेक्शन के साथ बहता है.
    1. बोर्ड को रात भर छोड़ दें ताकि विलंबित सेट एपॉक्सी ठीक हो सके।
      नोट: जबकि विलंबित सेट epoxy के लिए उत्पाद डालने में कहा गया है कि यह 30 मिनट में ठीक हो जाता है, इसे रात भर छोड़ने से अधिक स्थिर कनेक्शन बनाने की अनुमति मिलती है।
  7. बोर्ड के पीछे की ओर विलंबित सेट epoxy की एक छोटी सी लाइन बिछाने और कनेक्टर के किनारों पर है कि खींच द्वारा कनेक्टर के किनारों के लिए बोर्ड के पीछे की ओर सुरक्षित.
    1. रात भर फिर से इलाज करने के लिए बोर्ड छोड़ दें।
      नोट:: इस बिंदु पर, या तो सरणियों को संग्रहीत करें या बिल्ड जारी रखें। यदि बिल्ड में रुक रहा है, तो सरणियों को कमरे के तापमान पर एक साफ, सूखे बॉक्स में स्टोर करें।

3. फाइबर जनसंख्या

  1. एक खींची हुई कांच की केशिका को काटें ताकि इसकी नोक सरणी के निशान (चित्रा 3 ए) के बीच फिट हो।
    1. एक ग्लास पुलर और फिलामेंट का उपयोग करके, निम्नलिखित सेटिंग्स का उपयोग करके केशिकाएं बनाएं: गर्मी = 900, पुल = 70, वेग = 35, समय = 200, दबाव = 900।
      नोट:: संख्याएँ इकाईहीन और इस डिवाइस के लिए विशिष्ट हैं ( सामग्री की तालिका देखें)।
  2. दो कपास-इत्तला वाले applicators (चांदी epoxy के प्रत्येक भाग के प्रति एक) के लकड़ी के सिरों का उपयोग करने के लिए एक प्लास्टिक पकवान में चांदी epoxy के एक छोटे से, ~ 1: 1 अनुपात स्कूप और स्कूप करने के लिए इस्तेमाल किया एक ही छड़ें का उपयोग कर मिश्रण स्कूप करने के लिए इस्तेमाल किया. मिश्रण करने के बाद applicators को छोड़ दें।
  3. एक रेजर ब्लेड का उपयोग करके प्रिंटर पेपर के एक टुकड़े पर कार्बन फाइबर बंडल के अंत से 2-4 मिमी काटें। बंडल में फाइबर को आसानी से अलग करने के लिए, जिन्हें अलग करना मुश्किल है, बंडल के शीर्ष पर धीरे से कागज का एक टुकड़े टुकड़े टुकड़े में खींचें।
    नोट: कागज का टुकड़े टुकड़े टुकड़े में फाइबर, जो अपने आप से अलग हो जाएगा में स्थिर स्थानान्तरण.
  4. कांच केशिका (चित्रा 3 बी) के साथ बोर्ड के एक तरफ निशान की हर दूसरी जोड़ी के बीच चांदी epoxy लागू होते हैं।
    1. एक खींची हुई केशिका के अंत में epoxy की एक छोटी सी बूंद ले लो। धीरे बोर्ड के अंत में हर दूसरे निशान के बीच लागू होते हैं, अंतर को भरने.
      नोट:: अंतर पड़ोसी निशान को छूने के लिए overflowing के बिना दो निशान के शीर्ष पर भरा जाना चाहिए। प्रत्येक ट्रेस एक चैनल से जुड़ा हुआ है। Epoxy जनसंख्या की इस विधि का मतलब है कि प्रत्येक फाइबर में दो चैनल होंगे जो इससे जुड़े होंगे। ऐसा इसलिए है क्योंकि दो निशान बेहतर फाइबर संरेखण के लिए अनुमति देते हैं, और चैनल में अतिरेक विद्युत कनेक्शन सुनिश्चित करने में मदद करता है।
  5. प्रत्येक epoxy ट्रेस (चित्रा 3 सी) में एक कार्बन फाइबर जगह करने के लिए Teflon-लेपित चिमटी का उपयोग करें।
  6. कार्बन फाइबर को समायोजित करने के लिए एक साफ खींची गई केशिका का उपयोग करें, इसलिए वे फ्लेक्स एरे बोर्ड के अंत में लंबवत हैं और एपॉक्सी (चित्रा 3 डी) के नीचे दफन हैं।
  7. सरणियों को एक लकड़ी के ब्लॉक पर रखें, जिसमें फाइबर वाले सिरों के साथ ब्लॉक के किनारे को ओवरहैंग किया जाता है।
    नोट:: बैक एंड का वजन ब्लॉक पर सरणी रखेगा।
  8. चांदी epoxy का इलाज करने के लिए 20 मिनट के लिए 140 डिग्री सेल्सियस पर लकड़ी के ब्लॉक और सरणियों सेंकना और जगह में फाइबर लॉक।
  9. बोर्ड के दूसरी तरफ के लिए चरण 3.4-3.8 दोहराएँ।
    नोट: सरणियों को किसी भी बेकिंग चरण के बाद संग्रहीत किया जा सकता है; हालांकि, भंडारण बक्से से स्थैतिक फाइबर को बोर्ड से दूर खींचने का कारण बन सकता है यदि बोर्ड को पॉप्युलेट करते समय बहुत कम चांदी एपॉक्सी लागू किया गया था।
    1. एक बॉक्स के भीतर एक उठाया चिपकने वाला मंच बनाएँ ताकि बोर्ड के थोक चिपकने वाले चिपकने वाले से फंस सकते हैं, जिससे बोर्ड के फाइबर वाले सिरों को फाइबर टूटने को रोकने के लिए बॉक्स के भीतर निलंबित किया जा सके। कमरे के तापमान पर स्टोर करें।
      नोट: यदि फाइबर भंडारण के दौरान बोर्ड से दूर खींचते हैं, तो एपॉक्सी को एक साफ खींची गई ग्लास केशिका के साथ निशान से बाहर निकालें और फाइबर को बदलने के लिए चरण 3.1-3.8 दोहराएं। इस बिंदु से, सरणियों को फाइबर टूटने को रोकने के लिए इस तरह से निलंबित फाइबर के साथ संग्रहीत किया जाना चाहिए।

4. कार्बन फाइबर इन्सुलेट करने के लिए अल्ट्रा-वायलेट (यूवी) epoxy लागू करना

  1. एक साफ केशिका का उपयोग करें और एक छोटी बूंद लागू करें (~ 0.5 मिमी यूवी epoxy के व्यास में बोर्ड के एक तरफ उजागर निशान पर (चित्रा 4A). यूवी epoxy बूंदों को जोड़ने के लिए जारी रखें जब तक कि निशान पूरी तरह से कवर कर रहे हैं।
    नोट: यूवी epoxy को बाद में एक चिकनी सम्मिलन सुनिश्चित करने के लिए पीसीबी के अंत से पिछले कार्बन फाइबर पर प्राप्त करने की अनुमति न दें।
  2. 2 मिनट के लिए एक यूवी पेन लाइट के तहत यूवी एपॉक्सी का इलाज करें (चित्रा 4 बी)।
  3. बोर्ड के दूसरी तरफ के लिए चरण 4.1-4.2 को दोहराएँ।
  4. एक स्टीरियोस्कोप रेटिकल और सर्जिकल कैंची का उपयोग करके फाइबर को 1 मिमी तक काट लें।
    नोट:: सरणियों को इस बिंदु पर संग्रहीत किया जा सकता है जब तक कि अगले चरणों पर आगे बढ़ने के लिए तैयार न हो। उन्हें एक बॉक्स में संग्रहीत किया जाना चाहिए जो कार्बन फाइबर को बॉक्स से दूर कर देगा। सरणियों को अनिश्चित काल तक कमरे के तापमान पर संग्रहीत किया जा सकता है।

5. 1 kHz प्रतिबाधा स्कैन के साथ बिजली के कनेक्शन की जाँच (चित्रा 5)

  1. 1x फॉस्फेट-बफ़र्ड खारा (पीबीएस) में कार्बन फाइबर 1 मिमी जलमग्न करें।
  2. सर्किट को पूरा करने के लिए, चांदी-चांदी क्लोराइड (एजी| का उपयोग करें। AgCl) संदर्भ इलेक्ट्रोड और एक स्टेनलेस स्टील रॉड (काउंटर इलेक्ट्रोड)।
    1. एक बीकर क्लैंप का उपयोग करके, एजी को निलंबित करें| 1x PBS में AgCl इलेक्ट्रोड और इसे प्रतिबाधा प्रणाली के संदर्भ से कनेक्ट किया जा रहा है।
    2. एक बीकर क्लैंप का उपयोग करते हुए, 1x पीबीएस में स्टेनलेस स्टील की छड़ को निलंबित करें और प्रतिबाधा प्रणाली के काउंटर इलेक्ट्रोड इनपुट से कनेक्ट करें।
  3. एक एकल साइन तरंग में 0.01 Vrms पर एक 1 kHz स्कैन आवृत्ति के लिए एक potentiostat सेट का उपयोग कर प्रत्येक फाइबर के लिए एक 1 kHz प्रतिबाधा स्कैन चलाएँ। रिकॉर्ड किए गए संकेत को स्थिर करने के लिए 5 s के लिए प्रत्येक स्कैन की शुरुआत में potentiostat को 0 V पर सेट करें। potentiostat-संबद्ध सॉफ़्टवेयर के माध्यम से माप रिकॉर्ड करें।
    नोट: माप निर्माण में किसी भी बिंदु पर लिया जा सकता है; हालांकि, वे केवल इन्सुलेशन से पहले और टिप तैयारी के दौरान आवश्यक हैं। तालिका 2 उपयोगकर्ता के संदर्भ के लिए 1 kHz पर प्रत्येक बिल्ड चरण के बाद प्रतिबाधाओं की विशिष्ट श्रेणियों को सूचीबद्ध करती है।
  4. विआयनीकृत (डीआई) पानी में फाइबर को तीन बार एक छोटे से बीकर में डुबोकर कुल्ला करें और उन्हें कमरे के तापमान पर सूखने के लिए छोड़ दें।
    नोट:: सरणियों को तब तक संग्रहण में छोड़ा जा सकता है जब तक कि उपयोगकर्ता अगले चरण पर जारी नहीं रह सकता.

6. Parylene सी इन्सुलेशन

नोट: Parylene सी कार्बन फाइबर के लिए इन्सुलेशन सामग्री के रूप में चुना गया था के रूप में यह सरणियों के बैचों पर कमरे के तापमान पर जमा किया जा सकता है और एक अत्यधिक अनुरूप कोटिंग प्रदान करता है.

  1. संभोग कनेक्टर का उपयोग कर फ्लेक्स सरणी कनेक्टर मुखौटा।
  2. एक उठाए गए चिपकने वाले प्लेटफ़ॉर्म के साथ एक भंडारण बॉक्स में 8-12 सरणियों के एक बैच को रखें ताकि उन्हें एक रन में अछूता किया जा सके। सरणियों को रखें ताकि सरणी का कनेक्टर अंत सरणी overhanging (चित्रा 6) के फाइबर वाले अंत के साथ चिपकने वाले मंच पर है ताकि फाइबर को चिपकने वाले से चिपकने और खींचने से रोकने और फाइबर पर एक समान पेरिलीन कोटिंग सुनिश्चित करने के लिए।
  3. एक पेरिलीन सी जमाव प्रणाली में सरणियों को एक क्लीनरूम में 800 एनएम की मोटाई में कोट करें, उचित व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (पीपीई) पहने हुए, जैसा कि उपयोग किए जा रहे व्यक्तिगत क्लीनरूम द्वारा परिभाषित किया गया है।
    नोट: यहां, पीपीई को क्लीनरूम जूते, सूट, सिर को कवर करने, चश्मे, मास्क और लेटेक्स दस्ताने के रूप में परिभाषित किया गया था। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह एक क्लीनरूम में प्रवेश करने के लिए मानक पीपीई है। इस चरण को शुल्क के लिए एक पैरिलीन कोटिंग कंपनी को आउटसोर्स किया जा सकता है; हालांकि, एक वाणिज्यिक सेवा एक समय में अधिक सरणियों को कोट करने में सक्षम हो सकती है। प्रत्येक Parylene सी निक्षेपण प्रणाली में अलग-अलग सुरक्षा सावधानियां हो सकती हैं। उपयोगकर्ता सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए उपयोग करने से पहले तकनीशियन से संपर्क करें।
  4. फ्लेक्स सरणी से एक मुखौटा के रूप में इस्तेमाल किया संभोग कनेक्टर निकालें।
  5. सरणियों को उपयोग करने के लिए तैयार होने तक भंडारण के लिए एक नए बॉक्स में रखें।

7. टिप तैयारी के तरीके

नोट: इस अनुभाग में दो टिप तैयारी फाइबर काटने के लिए लेजर का उपयोग करें। उचित पीपीई, जैसे कि उपयोग किए जाने वाले तरंग दैर्ध्य के लिए प्रतिरोधी चश्मे, लेजर का उपयोग करते समय हमेशा पहने जाने चाहिए, और लेजर के आसपास के अन्य प्रयोगशाला उपयोगकर्ताओं को भी पीपीई में होना चाहिए। यद्यपि इन चरणों में सूचीबद्ध फाइबर लंबाई अनुशंसित लंबाई हैं, उपयोगकर्ता किसी भी लंबाई का प्रयास कर सकते हैं जो उनकी आवश्यकताओं के अनुरूप है। उपयोगकर्ता को निम्नलिखित टिप तैयारी विधियों में से एक का चयन करना चाहिए क्योंकि कैंची काटने अकेले इलेक्ट्रोड 25 को फिर से उजागर करने के लिए पर्याप्त नहीं होगा।

  1. Neodymium-doped yttrium एल्यूमीनियम गार्नेट (एनडी: YAG) लेजर कट
    1. सर्जिकल कैंची के साथ 550 μm करने के लिए फाइबर काटें।
    2. एक 532nm एनडी का उपयोग करें: YAG स्पंदित लेजर (5 mJ / पल्स, 5 एनएस अवधि, 900 mW) फाइबर की नोक से 50 μm काटने के लिए Parylene सी के नीचे कार्बन को फिर से उजागर करने के लिए (आमतौर पर 2-3 दालों लेता है)।
      1. इस लेजर सिस्टम के साथ आने वाले अंतर्निहित स्टीरियोस्कोप का उपयोग करके फाइबर युक्तियों को संरेखित करें।
        नोट: यह प्रणाली उपयोगकर्ता को एक विंडो को संरेखित करने की अनुमति देती है (यहां, 50 μm x 20 μm (ऊंचाई x चौड़ाई)) फाइबर के अंत को शामिल करने के लिए उपयोग किया गया था।
      2. एक सटीक और सटीक कटौती के लिए 500x आवर्धन पर फाइबर के अंत पर स्टीरियोस्कोप पर ध्यान केंद्रित करें।
        नोट: Parylene सी थोड़ा (<10 μm) एक कुंद, बेलनाकार टिप छोड़ने टिप से ablate होगा.
  2. Blowtorch Sharpening25,26,27
    1. सर्जिकल कैंची के साथ 300 μm करने के लिए फाइबर काटें।
    2. विआयनीकृत पानी के एक पकवान में सरणी को डुबोएं, कनेक्टर साइड नीचे, और थोड़ी मात्रा में पुट्टी के साथ डिश के नीचे तक सुरक्षित करें।
    3. पानी की सतह के साथ तंतुओं को संरेखित करने के लिए एक पेन कैमरे का उपयोग करें ताकि फाइबर पानी की सतह को मुश्किल से छू सकें।
    4. 3-5 मिमी के लिए एक ब्यूटेन blowtorch लौ समायोजित करें और इसे फाइबर के शीर्ष पर एक आगे और पीछे गति में फाइबर के शीर्ष पर चलाने के लिए फाइबर तेज.
      नोट: फाइबर युक्तियाँ नारंगी चमक जब लौ उन पर से गुजरता है.
    5. पुट्टी से सरणी निकालें और 50x आवर्धन के तहत नुकीली युक्तियों के लिए एक स्टीरियोस्कोप के तहत इसका निरीक्षण करें।
      नोट: यदि नुकीली युक्तियाँ देखी जाती हैं, तो कोई और blowtorching आवश्यक नहीं है। यदि युक्तियाँ कुंद दिखाई देती हैं, तो चरण 7.2.2-7.2.5 दोहराएँ।
  3. यूवी लेजर cut28
    नोट: यूवी लेजर केवल शून्य सम्मिलन बल (ZIF) और वाइड बोर्ड डिजाइन पर इस्तेमाल किया जा सकता है वर्तमान में यूवी लेजर के बड़े केंद्र बिंदु के कारण फ्लेक्स सरणी कार्बन फाइबर की पिच से बड़ा किया जा रहा है इस्तेमाल किया जा रहा है.
    1. सर्जिकल कैंची के साथ कार्बन फाइबर को 1 मिमी तक काटें।
    2. तीन ओर्थोगोनली कॉन्फ़िगर किए गए मोटरचालित चरणों के लिए एक यूवी लेजर चिपकाएं।
      नोट: यूवी लेजर एक मल्टीमोड इंडियम गैलियम नाइट्राइड (InGaN) अर्धचालक है जिसमें 1.5 W आउटपुट पावर और 405 एनएम तरंग दैर्ध्य है।
      1. सुनिश्चित करें कि लेजर में तेजी से और प्रभावी संरेखण और काटने के लिए एक निरंतर बीम है।
    3. लेजर पर पारित करने के लिए इलेक्ट्रोड के एक स्थिर, स्तर के विमान रखने के लिए जगह में सरणी को सुरक्षित करें। सुनिश्चित करें कि सरणी को लेजर से उचित दूरी पर आयोजित किया जाता है ताकि फाइबर लेजर के केंद्र बिंदु के साथ प्रकाश में हों। ऐसा करने के लिए, लेजर को कम शक्ति प्रदान करें और फाइबर 28 पर सबसे अच्छा ध्यान केंद्रित करने के लिए दूरी को समायोजित करें।
    4. यूवी लेजर फोकल पॉइंट को फाइबर प्लेन में 25 μm / s की गति से स्थानांतरित करें ताकि फाइबर को वांछित लंबाई में काटा जा सके (यहां, सभी फाइबर को 500 μm तक काट दिया जाता है)।
      नोट: फाइबर कटने से पहले एक उज्ज्वल प्रकाश का उत्सर्जन करेंगे। उपचार के बाद फाइबर को तब तक स्टोर करें जब तक कि वे एक प्रवाहकीय बहुलक के साथ लेपित होने के लिए तैयार न हों।

8. पॉली (3,4-ethylenedioxythiophene):p-टोल्यूनिसल्फोनेट (PEDOT: pTS) कम प्रतिबाधा के लिए प्रवाहकीय कोटिंग

  1. डीआई पानी के 50 मिलीलीटर में 0.01 एम 3,4-एथिलीनेडिओक्सीथिओफेन और 0.1 एम सोडियम पी-टोल्यूनिसल्फोनेट के समाधानों को मिलाएं और एक हलचल प्लेट (~ 450 आरपीएम) पर रात भर हलचल करें या जब तक कि समाधान में कोई कण नहीं देखा जा सकता है।
    नोट:: समाधान को किसी प्रकाश-प्रतिरोधी कंटेनर में संग्रहीत करें। घोल को 30 दिनों तक उपयोग करने योग्य रखने के लिए मिश्रण के बाद समाधान को ठंडा करें।
  2. 1x PBS में पहले (चरण 5.2-5.3) के समान पैरामीटर का उपयोग करके 1 kHz प्रतिबाधा स्कैन चलाएँ। ध्यान दें कि किन तंतुओं का एक अच्छा कनेक्शन है (<1 MΩ, आमतौर पर 16 तंतुओं में से 14-16)।
  3. PEDOT के साथ इलेक्ट्रोप्लेट: pTS इलेक्ट्रोड की प्रतिबाधा को कम करने के लिए।
    1. PEDOT: pTS समाधान में फाइबर युक्तियाँ जलमग्न.
    2. चरण 5.2 में outlaid चरणों का पालन करें, PEDOT के लिए 1x PBS समाधान बाहर स्विचिंग: pTS और लागू वर्तमान चैनल के लिए बोर्ड के लिए सभी कनेक्शन को छोटा।
    3. एक potentiostat का उपयोग कर 600 s के लिए अच्छा फाइबर प्रति 600 पीए लागू होते हैं।
    4. सेल को बंद करें और इसे रन के अंत में 5 सेकंड के लिए आराम करने की अनुमति दें।
  4. समाधान से तंतुओं को निकालें और उन्हें डीआई पानी में कुल्ला।
  5. यह जांचने के लिए 1 kHz प्रतिबाधाओं को पुन: प्राप्त करें कि फाइबर सफलतापूर्वक लेपित थे (चरण 5.2-5.3 में सूचीबद्ध समान पैरामीटर का उपयोग करें)।
    नोट: अच्छे फाइबर को किसी भी फाइबर के रूप में नामित किया जाता है जिसमें 110 kΩ से कम की प्रतिबाधा होती है।

9. जोड़ने जमीन और संदर्भ तारों

  1. धीरे से जमीन से परेलीन सी दूर स्क्रैप और चिमटी का उपयोग कर बोर्ड पर संदर्भ vias. इस बोर्ड डिजाइन पर जोड़े में जमीन और संदर्भ vias एक साथ लघु.
    नोट: जमीन और संदर्भ vias फ्लेक्स सरणी पर कनेक्टर के पास पाया जा सकता है और कनेक्टर के पास चार छोटे सोने हलकों रहे हैं। उपयोगकर्ताओं को केवल माप के लिए कार्बन फाइबर के निकटतम vias से Parylene सी को हटाने की आवश्यकता होगी।
  2. एक रेजर ब्लेड के साथ अछूता चांदी के तार के दो 5 सेमी लंबाई काटें। एक छोर से 2-3 मिमी तारों के सिरों को फ्लेक्स सरणी से जुड़ा होने के लिए और सर्जरी के दौरान आसान ग्राउंडिंग और संदर्भित करने की अनुमति देने के लिए विपरीत सिरों से ~ 10 मिमी को अलग करना।
  3. टांका लगाने वाले लोहे को 600 °F पर वापस गर्म करें। vias करने के लिए फ्लक्स की एक छोटी राशि लागू होते हैं।
  4. बोर्ड पर ePhys vias में से प्रत्येक में एक तार (2-3 मिमी उजागर अंत) डालें। vias के शीर्ष पर मिलाप लागू करें (चित्रा 7A). जांच को ठंडा करने की अनुमति दें, फिर इसे फ्लिप करने के लिए टांका की एक छोटी राशि को पीछे की ओर लागू करने के लिए (चित्रा 7 ए)।
  5. सर्जिकल कैंची का उपयोग करते हुए, किसी भी उजागर तार को पीछे के मिलाप टीले से बाहर निकलने से रोक दें क्योंकि यह रिकॉर्डिंग में देखे गए शोर को कम करने में मदद करता है (चित्रा 7 बी)।
  6. सरणियों को भंडारण बॉक्स में वापस रखें, तारों को वापस और फाइबर से दूर झुकाएं। संभावित फाइबर-वायर इंटरैक्शन (चित्रा 7 सी) को रोकने के लिए चिपकने वाले टेप पर तारों को सुरक्षित करें।

10. शल्य चिकित्सा प्रक्रिया

नोट: चूहा प्रांतस्था यूवी लेजर तैयार फाइबर की प्रभावकारिता का परीक्षण करने के लिए इस्तेमाल किया गया था के रूप में यह पहले वर्णित किया गया है7,20. ये जांच उनके समान ज्यामिति और प्रतिबाधा के स्तर के कारण तंत्रिका में काम करेंगे ताकि तैयार तंतुओं को ब्लोटॉर्च किया जा सके। यह सर्जरी यह सत्यापित करने के लिए सावधानी की बहुतायत के साथ की गई थी कि यूवी लेजर ने इलेक्ट्रोड की प्रतिक्रिया को नहीं बदला।

  1. केटामाइन (90 मिलीग्राम / किग्रा) और xylazine (10 मिलीग्राम / किग्रा) के संयोजन का उपयोग करके एक वयस्क पुरुष लॉन्ग इवांस चूहे को एनेस्थेटिक करें। एक पैर की अंगुली चुटकी परीक्षण के साथ संज्ञाहरण की पुष्टि करें। सर्जरी के दौरान चूहे की आंखों को सूखने से रोकने के लिए आंखों पर मरहम लगाएं।
  2. सही गोलार्ध के मोटर प्रांतस्था के ऊपर एक 2 मिमी x 2 मिमी क्रैनियोटॉमी बनाएं। ब्रेग्मा के 1 मिमी पूर्वकाल और मध्यरेखा के 1 मिमी पार्श्व को मापकर क्रैनियोटॉमी के निचले बाएं कोने की पहचान करें।
  3. सरणी को एक स्टीरियोटैक्सिक उपकरण में माउंट करें, और धीरे-धीरे तंतुओं को कम करके ड्यूरा पर स्टीरियोटैक्सिक उपकरण को शून्य करें जब तक कि वे ड्यूरा की सतह को स्पर्श न करें। सरणी को सर्जिकल साइट से दूर उठाएं और इसे तब तक साइड में ले जाएं जब तक कि यह सम्मिलन के लिए तैयार न हो जाए।
  4. ऊतक की सतह पर एक कंटीले अंत के साथ धीरे से एक सुई खींचकर ड्यूरा को उच्छेदन करें। एक बार जब ड्यूरा का एक हिस्सा मस्तिष्क में खुल जाता है, तो ड्यूरा को दूर खींचने में सहायता करने के लिए ठीक संदंश की एक जोड़ी का उपयोग करें।
  5. एक स्टीरियोटैक्सिक उपकरण का उपयोग करके मस्तिष्क में क्रैनियोटॉमी और 1.2 मिमी में फाइबर डालें, जो धीरे-धीरे हाथ से कम हो रहा है।
  6. रिकॉर्ड ePhys डेटा 10 मिनट के लिए एक ePhys-विशिष्ट headstage और preamplifier के साथ.
    1. 2.2 हर्ट्ज पर सिग्नल को संसाधित करने के लिए प्रीएम्पलीफायर हाई-पास फ़िल्टर सेट करें, 7.5 kHz पर antialias, और 25 kHz पर नमूना।
      नोट:: इन मापों के लिए, केवल सहज गतिविधि दर्ज की जाती है। कोई उत्तेजना लागू नहीं की जाती है।
  7. इच्छामृत्यु
    1. इसोफ्लूरेन के नीचे चूहे को ऑक्सीजन के 1 एल / मिनट के तहत 5% पर रखें जब तक कि जीवन के संकेत बंद नहीं हो जाते (20-30 मिनट)। decapitation के साथ इच्छामृत्यु की पुष्टि करें।

11. स्पाइक छँटाई

  1. पहले रिपोर्ट किए गए तरीकों का उपयोग करके डेटा को सॉर्ट और विश्लेषण करने के लिए स्पाइक-सॉर्टिंग सॉफ़्टवेयर का उपयोग करें8.
  2. सभी चैनलों (250 हर्ट्ज कोने, 4 आदेश Butterworth) पर एक उच्च पास फिल्टर का उपयोग करें, और -3.5 × RMS थ्रेशोल्ड के लिए तरंग का पता लगाने के स्तर सेट।
    1. क्लस्टर और समान विशेषताओं के साथ spikes करने के लिए एक गाऊसी मॉडल का उपयोग करें। गठबंधन और कम से कम 10 waveforms के औसत समूहों को आगे के विश्लेषण में शामिल करने के लिए.
    2. समाप्त करें या डेटा सेट से spikes नहीं हैं जो सभी waveforms को हटाएँ।
  3. निर्यात डेटा एक बार सभी चैनलों को क्रमबद्ध किया गया है और साजिश और आगे waveforms का विश्लेषण करने के लिए विश्लेषण सॉफ्टवेयर का उपयोग करें।

12. स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपिक (SEM) इमेजिंग

नोट:: यह चरण सरणियों अनुपयोगी रेंडर करेगा और केवल यह जाँचने के लिए टिप उपचार परिणामों का निरीक्षण करने के लिए उपयोग किया जाना चाहिए कि सरणियों को ठीक से संसाधित किया जा रहा है। यह चरण एक सफल सरणी बनाने के लिए किया जा करने की आवश्यकता नहीं है। नीचे संक्षेप में SEM प्रक्रिया की एक सामान्य रूपरेखा है; हालांकि, जिन उपयोगकर्ताओं ने पहले SEM का उपयोग नहीं किया है, उन्हें प्रशिक्षित उपयोगकर्ता से मदद प्राप्त करनी चाहिए।

  1. पीसीबी के फाइबर वाले अंत को बंद स्निप करें और इसे कार्बन टेप-नकाबपोश SEM स्टब पर माउंट करें। कार्बन फाइबर को SEM स्टब से चिपकने से रोकने के लिए स्टैक्ड कार्बन टेप (4-5 परतों) के एक छोटे से मंच पर सरणियों को रखें।
  2. Sputter-कोट सोने के साथ सरणियों (100-300 Å) सोने sputter कोटर के निर्माता द्वारा उल्लिखित प्रक्रियाओं के बाद.
  3. टिप उपचार प्रभावों का निरीक्षण करने के लिए, 15 मिमी और 20 केवी बीम ताकत की काम करने की दूरी पर एक एसईएम में सरणियों को छवि दें।
    नोट: सरणियों को कम वैक्यूम के तहत sputter-कोटिंग के बिना चित्रित किया जा सकता है, जैसा कि यूवी लेजर-कट फाइबर के लिए चित्रा 8 डी में दिखाया गया है। इस सेटअप के लिए, 11-12 मिमी की काम करने की दूरी और 4 केवी बीम ताकत होने की सिफारिश की जाती है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

युक्ति सत्यापन: SEM छवियाँ
पिछले work20 से पता चला है कि कैंची काटने के परिणामस्वरूप अविश्वसनीय प्रतिबाधाएं हुईं क्योंकि पैरिलीन सी रिकॉर्डिंग साइट पर मुड़ा हुआ था। कैंची काटने का उपयोग यहां केवल एक अतिरिक्त फिनिश काटने की विधि के साथ प्रसंस्करण से पहले वांछित लंबाई में फाइबर काटने के लिए किया जाता है। युक्तियों की SEM छवियों का उपयोग उजागर कार्बन लंबाई और टिप ज्यामिति (चित्रा 8) को निर्धारित करने के लिए किया गया था।

कैंची और एनडी: याग लेजर-कट फाइबर की पहले समीक्षा की गई थी17,20। कैंची-कट फाइबर (चित्रा 8 ए) में असंगत टिप ज्यामिति होती है, जिसमें कट 20 होने पर अंत में पैरिलीन सी तह होती है। एनडी: YAG लेजर-कट फाइबर रिकॉर्डिंग साइट क्षेत्र, आकार और प्रतिबाधा (चित्रा 8 बी) में सुसंगत रहते हैं। Blowtorched fibers20 सबसे बड़े इलेक्ट्रोड आकार और आकार परिवर्तनशीलता और एक तेज टिप के लिए नेतृत्व, कठिन ऊतक में सम्मिलन के लिए अनुमति देता है। औसतन, कार्बन के 140 μm को फिर से उजागर किया गया था, जिसमें कार्बन और पेरिलीन सी इन्सुलेशन (चित्रा 8 सी) के बीच एक चिकनी संक्रमण क्षेत्र था। यूवी लेजर-कट फाइबर ब्लोटॉर्च किए गए फाइबर के समान थे, जो टिप (चित्रा 8 डी) से उजागर कार्बन के 120 μm को दिखाते थे। प्रतिबाधाओं ने संकेत दिया कि या तो यूवी लेजर या ब्लोटॉर्च टिप काटने के तरीके ePhys के लिए उपयुक्त हैं और एक एनडी: YAG लेजर तक पहुंच के बिना प्रयोगशालाओं के लिए व्यवहार्य समाधान हैं।

युक्ति सत्यापन: विद्युत रिकॉर्डिंग
चित्रा 9 फ्लेक्स सरणियों का उपयोग कर प्रत्येक तैयारी विधि से परिणामी प्रतिबाधाओं से पता चलता है। परिणामी मान ePhys रिकॉर्डिंग के लिए एक उपयुक्त सीमा के भीतर हैं। एनडी: याग लेजर-कट फाइबर के परिणामस्वरूप सबसे छोटी सतह क्षेत्र होता है, लेकिन उच्चतम प्रतिबाधाएं, यहां तक कि PEDOT: pTS कोटिंग (नंगे कार्बन: 4138 ± 110 kΩ; PEDOT के साथ: pTS: 27 ± 1.15 kΩ; n = 262)। इसके बाद blowtorched (नंगे कार्बन: 308 ± 7 kΩ; PEDOT: pTS के साथ: 16 ± 0.81 kΩ; n = 262) और UV लेजर-कट (नंगे कार्बन: 468 ± 85.7 kΩ; PEDOT: pTS: 27 ± 2.83 kΩ; n = 7) फाइबर में व्युत्क्रम संबंध है जिसमें एक बड़ा सतह क्षेत्र और कम प्रतिबाधाएं होती हैं। हालांकि, सभी मामलों में, PEDOT: pTS-लेपित फाइबर 110 kΩ थ्रेशोल्ड के तहत आते हैं जो पहले एक अच्छे, कम प्रतिबाधा इलेक्ट्रोड को इंगित करने के लिए सेट किया गया था।

तीव्र ePhys रिकॉर्डिंग एक लंबे इवांस चूहे से लिया गया था तीव्र यूवी लेजर-कट और PEDOT के साथ एक ZIF सरणी के साथ प्रत्यारोपित: pTS-इलाज फाइबर इस विधि की व्यवहार्यता का प्रदर्शन करने के लिए. ePhys पहले परीक्षण किया गया है और कैंची-cut20 और एनडी के साथ साबित: YAG-17 और blowtorch-इलाज फाइबर7,8 और इसलिए इस पाठ में realidated नहीं था. चार यूवी लेजर उपचार फाइबर (लंबाई में 2 मिमी) से तीव्र रिकॉर्डिंग जो एक साथ चूहे के मोटर कॉर्टेक्स (एन = 1) में प्रत्यारोपित की गई थीं, उन्हें चित्र 10 में प्रस्तुत किया गया है। सभी फाइबर में तीन इकाइयां पाई गईं, यह सुझाव देते हुए कि सस्ती यूवी लेजर के साथ फाइबर का उपचार अन्य काटने के तरीकों के समान है जो कार्बन फाइबर को तंत्रिका इकाइयों को रिकॉर्ड करने में सक्षम बनाता है, जैसा कि एसईएम और प्रतिबाधाओं द्वारा उम्मीद की जाएगी। जबकि कार्बन फाइबर सरणियों को उपयोगकर्ता की आवश्यकताओं के अनुरूप आसानी से बनाया और संशोधित किया जाता है, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कुछ बिल्ड (तालिका 3) के लिए अतिरिक्त सत्यापन आवश्यक है, जबकि अन्य कुछ अंत कार्यों के लिए कम उपयुक्त हैं।

वाणिज्यिक Parylene सी
व्यावसायिक रूप से लेपित सरणियों को विक्रेता द्वारा 710 एनएम की पेरिलीन सी मोटाई के लिए निर्धारित किया गया था, जो इन्सुलेशन की लक्ष्य सीमा के भीतर अच्छी तरह से था। सरणियों blowtorch टिप तैयारी का उपयोग कर ePhys रिकॉर्डिंग के लिए तैयार किए गए थे. युक्तियों की तैयारी के बाद और मौजूदा डेटा की तुलना में प्रतिबाधाएं ली गई थीं। एक blowtorched और PEDOT: pTS-लेपित जांच में 16 तंतुओं में 14.5 ± 1.3 kΩ प्रतिबाधा का औसत था। PARYLENE C जमाव (चित्रा 11 A, B, क्रमशः) की तुलना करने के लिए SEM छवियों को टिप और शैंक से लिया गया था। इन परिणामों से पता चलता है कि एक वाणिज्यिक विक्रेता के उपयोग ने अपेक्षित प्रतिबाधा मूल्यों को नहीं बदला, यह सुझाव देते हुए कि यह विश्वविद्यालय के क्लीनरूम में जमाव के लिए समान रूप से व्यवहार्य प्रतिस्थापन होगा।

डिवाइस लागत विश्लेषण
बशर्ते सभी उपकरण और थोक सामग्री (उदाहरण के लिए, epoxies, मिलाप) शोधकर्ता के लिए सुलभ हैं, $ 41 का एक Parylene सी उपयोगकर्ता शुल्क, और 8 जांच का एक बैच, कुल सामग्री लागत $ 1168 ($ 146 प्रति जांच) है। कार्मिक प्रयास (तालिका 4) बैच के लिए ~ 25 ज है। यदि एक प्रतिस्थापित निर्माण चरण का उपयोग कर रहे हैं, तो जांच की लागत वाणिज्यिक पैरिलीन सी कोटिंग लागत ($ 500-800 उद्धृत) के आधार पर भिन्न होगी। बिल्ड चरणों (तालिका 4) के लिए समय सादगी के लिए दोहराए गए कार्य के सभी उदाहरणों के लिए समूहीकृत किया गया है। एक बड़ी पिच (वाइड बोर्ड और ZIF) के साथ डिजाइन के लिए समय का निर्माण नाटकीय रूप से कम हो जाता है क्योंकि मैन्युअल रूप से गहन कदम (उदाहरण के लिए, कार्बन फाइबर प्लेसमेंट) को पूरा करना आसान और तेज़ होता है।

Figure 1
चित्रा 1: कनेक्टर और संबंधित मुद्रित सर्किट बोर्डों. (ए) इनसेट में सोलह आवश्यक कनेक्टर्स में से एक के साथ वाइड बोर्ड (इनसेट स्केल बार = 5 मिमी)। (बी) ZIF और दो कनेक्टरों में से एक और एक कफन। (सी) एक 36-पिन कनेक्टर के साथ फ्लेक्स सरणी; स्केल बार = 1 सेमी. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 2
चित्रा 2: फ्लेक्स सरणी के लिए टांका और इन्सुलेशन चरण। (ए) नीचे कनेक्टर पिन के लिए मिलाप बिछाना। (बी) टांका लगाने के लिए तैयार सामने पिन के साथ जगह में सुरक्षित वापस पिन. (सी) विलंबित सेट epoxy अछूता फ्लेक्स सरणी; ध्यान दें कि विलंबित सेट epoxy संदर्भ और जमीन vias दोनों तरफ कवर नहीं करता है. (डी) फ्लेक्स सरणी के पीछे की ओर पैड vias भर में विलंबित सेट epoxy के एक बैंड के साथ (जमीन और संदर्भ vias नहीं) और कनेक्टर के किनारे की ओर बोर्ड के किनारे के चारों ओर लपेटा. स्केल बार = 0.5 सेमी (बी) और 1 सेमी (ए, सी, डी)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्रा 3: चांदी epoxy लागू करने और फ्लेक्स सरणी के निशान के बीच कार्बन फाइबर संरेखित. केशिकाओं को एक सफेद ओवरले के साथ हाइलाइट किया गया है। (ए) केशिका का अंत (बी) स्वच्छ चांदी एपॉक्सी (केशिका के अंत में और निशान के भीतर तीर के साथ दर्शाया गया) ट्रेस जोड़े के बाहर स्पिलओवर के बिना जमाव प्राप्त करने के लिए निशान के बीच फिट बैठता है। (सी) कार्बन फाइबर को एपॉक्सी में रखा जाता है और फिर (डी) एक साफ केशिका के साथ सीधा किया जाता है। स्केल बार = 500 μm. कृपया इस आकृति का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें।

Figure 4
चित्रा 4: यूवी Epoxy अनुप्रयोग (ए) यूवी epoxy के साथ इन्सुलेशन एक साफ केशिका और यूवी epoxy के दो बूँदें (सफेद ओवरले के साथ चिह्नित) का उपयोग कर लागू किया जाता है। यूवी epoxy 0.25-0.75 मिमी व्यास की बूंदों में लागू किया जाता है जब तक कि यूवी epoxy निशान के शीर्ष पर एक चिकनी बुलबुला रूपों. (बी) यूवी एपॉक्सी यूवी प्रकाश के तहत ठीक हो जाता है। फ्लेक्स सरणी यूवी प्रकाश के नीचे आंदोलन और संरेखण में आसानी के लिए एक लकड़ी के ब्लॉक पर putty में रखा गया है। यूवी प्रकाश फ्लेक्स सरणी के अंत के ऊपर एक धारक ~ 1 सेमी के साथ आयोजित किया जाता है। इनसेट (बी) एक ठीक से यूवी epoxy-अछूता फ्लेक्स सरणी के पक्ष प्रोफ़ाइल से पता चलता है. बोर्ड के दोनों ओर यूवी epoxy बुलबुला ऊंचाई में लगभग 50 μm है। स्केल बार = 500 μm (ए और इनसेट बी)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 5
चित्रा 5: प्रतिबाधा माप के लिए सेटअप। सभी भागों को लेबल किया गया है, और सिस्टम कनेक्टर और एडाप्टर सिस्टम-निर्भर हैं। PBS के रूप में समाधान PEDOT के लिए स्वैप किया जाता है के रूप में तारांकित है: pTS बाद में निर्माण में; हालांकि, सेटअप अन्यथा समान है। संक्षेप: पीबीएस = फॉस्फेट-बफ़र्ड खारा; PEDOT: pTS = poly(3,4-ethylenedioxythiophene):p-toluenesulfonate। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 6
चित्रा 6: फ्लेक्स सरणी Parylene सी कोटिंग के लिए तैयार किया. फ्लेक्स सरणी टेप के साथ एक उठाया फोम मंच के लिए सुरक्षित है, चिपकने वाला पक्ष कोटिंग प्रक्रिया के दौरान ऊपर. स्केल बार = 10 मिमी। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 7
चित्रा 7: जमीन और संदर्भ तारों को अंतिम रूप फ्लेक्स सरणी से जुड़ा हुआ है। सोल्डर को एक सुरक्षित बांड बनाने के लिए बोर्ड (ए) के दोनों तरफ के माध्यम से प्रत्येक तरफ लागू किया गया था। ePhys vias को बोर्ड पर GND और Ref के रूप में लेबल किया जाता है और एक दूसरे से बोर्ड के विपरीत पक्षों पर जोड़ा जाता है। दो अतिरिक्त vias भी GND और Ref2 लेबल कर रहे हैं. दोनों GND vias एक साथ shorted हैं. Ref2 का उपयोग इलेक्ट्रोकेमिकल प्रयोगों में किया जाना है। (ए) में अतिरिक्त तार को एक लाल बॉक्स के साथ दर्शाया जाता है और इसे जांच के पीछे से हटा दिया जाता है (बी) को जांच के पीछे से हटा दिया जाता है (लाल बॉक्स दिखाता है कि तार कहां हुआ करता था) शोर में कमी और जांच को संभालने में मदद करने के लिए। (सी) अंतिम फ्लेक्स सरणी भविष्य के उपयोग के लिए संग्रहीत। ध्यान दें कि इस बोर्ड पर युग्मित GND और Ref vias इसे ePhys रिकॉर्डिंग के लिए नामित करते हैं। स्केल बार = 200 μm (ए, बी)। संक्षेप: ePhys = electrophysiology; GND = जमीन; संदर्भ = संदर्भ। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 8
चित्रा 8: विभिन्न टिप-काटने की तकनीकों के साथ फाइबर की SEM छवियां। (ए) बहुत कम उजागर कार्बन के साथ कैंची-कट फाइबर। (बी) एनडी: YAG लेजर कट. (सी) टिप से उजागर कार्बन के ~ 140 मिमी के साथ Blowtorched फाइबर. (डी) यूवी लेजर-कट फाइबर ~ 120 मिमी कार्बन के साथ टिप से उजागर। लाल तीर पैरिलीन सी और नंगे कार्बन फाइबर के बीच संक्रमण क्षेत्र को इंगित करते हैं। स्केल सलाखों = 5 μm (A), 10 μm (B), 50 μm (C, D). संक्षेप: SEM = स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपिक; एनडी: YAG = Neodymium-doped yttrium एल्यूमीनियम गार्नेट. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 9
चित्रा 9: केवल उपचार (नंगे कार्बन उजागर) को लागू करने और PEDOT: pTS के अलावा के साथ प्रतिबाधा अंतर। सभी मामलों में, PEDOT: pTS के अलावा परिमाण के एक आदेश से प्रतिबाधा कम हो जाता है। नमूना आकार: एनडी: YAG = 262, Blowtorch = 262, यूवी = 7. यूवी नमूना आकार अंतर तैयारी विधि की नवीनता के कारण है; हालांकि, यह blowtorch करने के लिए एक समान सीमा से पता चलता है, के रूप में उम्मीद है. प्रतिबाधा डेटा को माध्य ± मानक त्रुटि के रूप में व्यक्त किया जाता है। संक्षेप: PEDOT: pTS = poly(3,4-ethylenedioxythiophene):p-toluenesulfonate; Neodymium-doped yttrium एल्यूमीनियम गार्नेट. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 10
चित्र 10: चार यूवी लेजर-कट इलेक्ट्रोड से तीव्र इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल स्पाइकिंग डेटा। कृपया इस आंकड़े के बड़े संस्करण को देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 11
चित्रा 11: वाणिज्यिक Parylene सी लेपित सरणियों. (ए) तेज सरणी सभी तंतुओं में समान तेज दिखाती है जो यह दर्शाती है कि वाणिज्यिक कोटिंग में कोई कमी नहीं है। (बी) blowtorching के बाद, नंगे कार्बन फाइबर और Parylene सी के बीच संक्रमण (लाल बॉक्स) एक cleanroom सुविधा में लेपित सरणियों के बीच कोई समझदार अंतर नहीं दिखाता है। स्केल सलाखों = 200 μm (A) और 10 μm (B)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पीसीबी का नाम कनेक्टर टांका पैड आकार (मिमी) उजागर ट्रेस आकार (मिमी) ट्रेस पिच (μm) चैनल
वाइड बोर्ड मिल-मैक्स 9976-0-00-15-00-00-03-0 3.25 x 1.6 1.5 x 4.0 3000 8
ZIF Hirose DF30FC-20DS-0.4V, 0.23 x 0.7 0.75 x 0.07 152.4 16
फ्लेक्स सरणी Omnetics A79024-001 0.4 x 0.8 0.6 x 0.033 132 16

तालिका 1: प्रत्येक पीसीबी में एक अलग कनेक्टर और इसके साथ जुड़ी पिच होती है। संक्षिप्त नाम: PCB = मुद्रित सर्किट बोर्ड.

चरण बनाएँ अपेक्षित 1 kHz प्रतिबाधा (kΩ)
नंगे फाइबर 150-300
यूवी इन्सुलेशन के साथ नंगे फाइबर 400-500
पैरिलीन सी अछूता फाइबर >50,000
एनडी: YAG लेजर कट <15,000
धधक-धौंक 300-400
यूवी लेजर कट * 300-500
PEDOT: pTS लेपित <110

तालिका 2: प्रत्येक निर्माण चरण (एन = 272) के बाद प्रतिबाधाओं की विशिष्ट सीमा। * n = 16. PEDOT: 110 kΩ से ऊपर पीटीएस-उपचारित जांच अभी भी संकेतों को रिकॉर्ड कर सकती है; हालांकि, सभी उपचारित इलेक्ट्रोड आमतौर पर इस मूल्य के तहत आते हैं। संक्षेप: PEDOT: pTS = poly(3,4-ethylenedioxythiophene):p-toluenesulfonate; Neodymium-doped yttrium एल्यूमीनियम गार्नेट.

तैयारी विधि वाइड बोर्ड ZIF फ्लेक्स सरणी
Nd:YAG प्रतिबाधा, SEM, तीव्र ePhys प्रतिबाधा, SEM, तीव्र / प्रतिबाधा, SEM, तीव्र /
ब्लोटॉर्च प्रतिबाधा, SEM, तीव्र ePhys प्रतिबाधा, SEM, तीव्र / प्रतिबाधा, SEM, तीव्र /
यूवी लेजर अभी तक सत्यापित नहीं किया गया है प्रतिबाधा, SEM, तीव्र / व्यवहार्य नहीं

तालिका 3: वर्णित काटने के तरीकों के साथ प्रत्येक बोर्ड का मान्य उपयोग करता है। सभी काटने के तरीकों में PEDOT: pTS के इलेक्ट्रोडपोजिशन शामिल थे। 'व्यवहार्य नहीं' इंगित करता है कि डिजाइन का एक फॉर्म फैक्टर इस टिप उपचार को इस समय परीक्षण करने से रोकता है (यानी, फाइबर पिच)। संक्षेप: Neodymium-doped yttrium एल्यूमीनियम गार्नेट; SEM = स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी; ePhys = electrophysiology; ZIF = शून्य सम्मिलन बल।

गतिविधि 8 उपकरणों के लिए समय (ज)
सभी टांका लगाना 5
इन्सुलेट ओमनेटिक्स 1
पॉप्युलेटिंग कार्बन फाइबर 10
यूवी Epoxy के साथ इन्सुलेट निशान 0.5
पैरिलीन C निक्षेपण 1.5
एनडी: YAG लेजर काटना 1
ब्लोटॉर्चिंग 1
यूवी लेजर काटना 1.5
सभी प्रतिबाधा परीक्षण 4.5
PEDOT: pTS निक्षेपण 1.5
नुस्खा इस्तेमाल किया कुल घंटे
एनडी: YAG लेजर कट 25
ब्लोटॉर्च 25
यूवी लेजर कट 25.5

तालिका 4: एक निर्माण प्रक्रिया के प्रत्येक चरण के लिए आवश्यक समय। कनेक्टर और जमीन और संदर्भ तारों के टांका लगाने को गतिविधि सूची को सरल बनाने के लिए यहां जोड़ा गया है। संक्षेप: PEDOT: pTS = poly(3,4-ethylenedioxythiophene):p-toluenesulfonate; Neodymium-doped yttrium एल्यूमीनियम गार्नेट.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

सामग्री प्रतिस्थापन
जबकि उपयोग की जाने वाली सभी सामग्रियों को सामग्री की तालिका में संक्षेप में प्रस्तुत किया गया है, बहुत कम सामग्रियों को विशिष्ट विक्रेताओं से आने की आवश्यकता होती है। फ्लेक्स सरणी बोर्ड सूचीबद्ध विक्रेता से आना चाहिए क्योंकि वे एकमात्र कंपनी हैं जो लचीले बोर्ड को प्रिंट कर सकती हैं। फ्लेक्स सरणी कनेक्टर भी सूचीबद्ध विक्रेता से आदेश दिया जाना चाहिए के रूप में यह एक मालिकाना कनेक्टर है। Parylene सी अत्यधिक फाइबर के लिए इन्सुलेशन सामग्री के रूप में सिफारिश की है के रूप में यह एक विश्वसनीय तरीके से कमरे के तापमान पर एक अनुरूप कोटिंग प्रदान करता है कि तो vivo वातावरण में सामना कर सकते हैं प्रदान करता है. बोर्ड पर पॉलीमाइड बोर्ड और एपॉक्सी अन्य इन्सुलेशन तकनीकों के लिए आवश्यक उच्च तापमान को सहन नहीं कर सकते हैं। अन्य सभी सामग्रियों को अन्य विक्रेताओं से खरीदा जा सकता है या उपयोगकर्ताओं के विवेक पर विकल्पों के लिए स्वैप किया जा सकता है। यह बिल्ड अंतिम उपयोगकर्ता के प्रयोग को फिट करने के लिए लचीला और अनुकूलन योग्य होने के लिए है। हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सूचीबद्ध सामग्री या विक्रेताओं से किसी भी परिवर्तन को अंतिम उपयोगकर्ता द्वारा मान्य किया जाना चाहिए।

बिल्ड समस्याओं का निवारण
सिल्वर एपॉक्सी जमाव कई कारणों से विफल हो जाता है: केशिका की चौड़ाई निशान के बीच फिट होने के लिए बहुत चौड़ी है, केशिका की चौड़ाई एपॉक्सी को लेने और जमा करने के लिए बहुत पतली है, या एपॉक्सी की अधिकता केशिका पर है। पहले दो समस्याओं को अधिक उपयुक्त आकार की एक नई केशिका को काटकर हल किया जा सकता है; एक हल्के हाथ के साथ epoxy में केशिका डुबकी या epoxy ब्लॉब के एक हिस्से को हटाने के द्वारा उत्तरार्द्ध धीरे एक अतिरिक्त नाइट्रिल दस्ताने पर केशिका dabbing द्वारा.

इलेक्ट्रोड को तैयार करने का तरीका तय करना अक्सर कई उपयोगकर्ताओं के लिए एक कठिन निर्णय होता है। हालांकि, यह निर्धारित करना कि प्रयोग के लिए क्या आवश्यक है, निर्णय को रोशन करने में मदद करेगा। तीव्र सर्जरी के लिए, कुंद युक्तियों का उपयोग किया जा सकता है यदि इलेक्ट्रोड की साइट का आकार महत्वपूर्ण है; हालांकि, वे केवल नरम ऊतक (मस्तिष्क) में सम्मिलित करेंगे और केवल उप-500 μm लक्ष्य गहराई पर।

गहरे मस्तिष्क संरचनाओं में जाना एक ग्लास कैनुला 22 का उपयोग करके संभव है; हालांकि, यह ePhys रिकॉर्डिंग में scarring और संबद्ध अविश्वसनीयता का कारण बन सकता है। फाइबर 300 μm से कम होना चाहिए जब कठिन ऊतकों (तंत्रिका) में प्रवेश करने में सक्षम होने के लिए तेज किया जाता है क्योंकि छोटी लंबाई सम्मिलन 7,8 के लिए एक कठोर रीढ़ प्रदान करती है। तेज फाइबर भी हाल ही में मस्तिष्क में 1 मिमी गहराई तक प्रवेश करने के लिए देखा गया है8.

जबकि इस पेपर में चर्चा की गई सरणियां कई प्रयोगशालाओं के लिए एक उत्कृष्ट प्रारंभिक बिंदु हैं, कार्बन फाइबर का उपयोग करके नई जांच भी मस्तिष्क 21,22,29 में गहरे क्षेत्रों को लंबे समय तक लक्षित करने के लिए विकसित की गई है। तंत्रिका में, कम आक्रामकता और उच्च चयनात्मकता के इलेक्ट्रोड एक चल रहे शोध विषय 5,8,30 हैं। Jiman et al.7 न्यूनतम आक्रामकता के साथ तंत्रिका के भीतर multiunit गतिविधि का पता लगाने में सक्षम थे और एक कार्बन फाइबर सिलिकॉन array8, जो फ्लेक्स सरणी के डिजाइन को प्रतिबिंबित करता है एक कार्बन फाइबर सिलिकॉन array8 का उपयोग कर चयनात्मकता में वृद्धि हुई, जो यहां प्रस्तुत फ्लेक्स सरणी के डिजाइन को प्रतिबिंबित करता है।

पैरिलीन सी पहुंच
पैरिलीन सी कमरे के तापमान पर अनुरूप कोटिंग की एक विधि है जिसका उपयोग कई प्रत्यारोपित उपकरणों में बायोकंपैटिबल इन्सुलेटर के रूप में किया गया है। तकनीक को एक क्लीनरूम में एक विशेष उपकरण की आवश्यकता होती है और सीखने में लगभग एक घंटे का समय लगता है। उन संस्थानों का एक सरसरी सर्वेक्षण जिन्होंने पहले हमारे समूह से कार्बन फाइबर सरणियों का अनुरोध किया है, पेरिलीन सी जमाव पहुंच निर्धारित करने के लिए आयोजित किया गया था। हमने पाया कि 17 संस्थानों में से, 41% के पास अपने परिसर में पेरिलीन सी-कोटिंग सिस्टम तक पहुंच थी। एक Parylene सी कोटिंग प्रणाली के लिए उपयोग के बिना विश्वविद्यालयों के लिए, वाणिज्यिक कोटिंग सेवाएं एक व्यवहार्य विकल्प हैं, जैसा कि यहां प्रदर्शित किया गया है। वैकल्पिक रूप से, पास के विश्वविद्यालय के क्लीनरूम के लिए आउटसोर्सिंग भी प्रयोगशालाओं के लिए रुचि का हो सकता है, जिसमें पेरिलीन सी जमाव प्रणाली तक कोई सीधी पहुंच नहीं है। प्रति डिवाइस लागत को कम करने के लिए, हम सरणियों के बड़े बैचों को भेजने की सलाह देते हैं क्योंकि वाणिज्यिक सिस्टम अक्सर बड़े नमूनों को समायोजित कर सकते हैं।

टिप तैयारी को अनुकूलित करना
इन फाइबर के लिए अतिरिक्त टिप की तैयारी की जांच करने की आवश्यकता है क्योंकि वर्तमान टिप की तैयारी के लिए अंतिम उपयोगकर्ता को मर्मज्ञ क्षमता और एक छोटी रिकॉर्डिंग साइट के बीच चयन करने की आवश्यकता होती है। जबकि एनडी: याग लेजर-कट फाइबर एक छोटी साइट आकार 20 प्रदान करते हैं, stiffer ऊतक (मांसपेशी, तंत्रिका) में प्रवेश करने की क्षमता लगभग मौजूद नहीं है, और इस काटने की तकनीक में सक्षम लेजर सेटअप तक पहुंच मुश्किल और महंगी हो सकती है। जबकि blowtorching तेज युक्तियों को प्राप्त करने के लिए एक त्वरित और किफायती तरीके की अनुमति देता है जो कई ऊतकों में प्रवेश कर सकता है7, टिप ज्यामिति बड़ी है और फाइबर से फाइबर 20 तक असंगत हो सकती है। यूवी लेजर काटने भी कम प्रतिबाधाओं और बड़े सतह क्षेत्रों प्रदान करता है, लेकिन अधिक सुसंगत जोखिम के अतिरिक्त लाभ के साथ। यूवी लेजर एनडी: याग लेजर की तुलना में अधिक सुलभ है; हालांकि, प्रयोगशालाओं को फाइबर के साथ लेजर को संरेखित करने का एक तरीका इंजीनियर करने की आवश्यकता होगी और लेजर के फोकल पॉइंट व्यास से छोटे फाइबर की पिच के कारण फ्लेक्स सरणी का उपयोग करने में सक्षम नहीं होगा। पिछले काम ने नक़्क़ाशी 31,32 के माध्यम से छोटे, तेज फाइबर के निर्माण को दिखाया। इस दृष्टिकोण के परिणामस्वरूप एक छोटा, विश्वसनीय इलेक्ट्रोड ज्यामिति हो सकता है और तंत्रिका और मांसपेशियों को भेदने के लिए आवश्यक तेज टिप को संरक्षित किया जा सकता है।

हमारे वर्तमान टिप कोटिंग, PEDOT: pTS, को भी प्रतिस्थापित करने की आवश्यकता हो सकती है क्योंकि यह समय के साथ नीचा दिखाता है, जो एक पुरानी जांच 17,25,33 के लिए एक अवांछनीय विशेषता है। PEDOT की कमी: pTS दीर्घायु उच्च प्रतिबाधाओं की ओर जाता है और इसलिए, पृष्ठभूमि शोर में वृद्धि के कारण भाग में कम संकेत गुणवत्ता। इन फाइबर युक्तियों में दीर्घायु बढ़ाने के लिए, प्लैटिनम-इरिडियम कोटिंग्स की व्यवहार्यता की जांच की जा रही है। प्लैटिनम-इरिडियम इलेक्ट्रोड की नोक पर केंद्रित एक अधिक सतह क्षेत्र 25,34 के लिए अनुमति देगा, एक कम प्रतिबाधा 34,35,36 रखता है और लंबे समय तक, पुरानी स्थिरता 34,36 के लिए अनुमति देता है। अन्य कोटिंग्स, जैसे कि PEDOT / graphene oxide37 और gold38, का उपयोग कार्बन फाइबर इलेक्ट्रोड प्रतिबाधाओं को कम करने के लिए किया गया है, हालांकि इन कोटिंग्स का उपयोग आमतौर पर ePhys रिकॉर्डिंग के बजाय रासायनिक-संवेदन जांच के लिए किया जाता है। कार्बन फाइबर 39 के अंतर्निहित गुणों के कारण, यहां प्रस्तुत कार्बन फाइबर सरणी को ईफिस के लिए अनुकूलित जांच से एक रासायनिक-संवेदन डिवाइस में परिवर्तित किया जा सकता है, जिसमें टिप तैयारी 22,40 का एक सरल परिवर्तन होता है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

लेखकों ने घोषणा की है कि उनके पास कोई प्रतिस्पर्धी वित्तीय हित नहीं है।

Acknowledgments

इस काम को नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ न्यूरोलॉजिकल डिसऑर्डर एंड स्ट्रोक (UF1NS107659 और UF1NS115817) और नेशनल साइंस फाउंडेशन (1707316) द्वारा वित्तीय रूप से समर्थित किया गया था। लेखकों ने मिशिगन कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग विश्वविद्यालय से वित्तीय सहायता और मिशिगन सेंटर फॉर मटेरियल्स लक्षण वर्णन और वैन व्लाक अंडरग्रेजुएट लेबोरेटरी से तकनीकी सहायता को स्वीकार किया है। लेखक डॉ खलील नजफी को अपने एनडी: याग लेजर और लुरी नैनोफैब्रिकेशन फैसिलिटी के उपयोग के लिए उनके पेरिलीन सी जमाव मशीन के उपयोग के लिए धन्यवाद देते हैं। हम वाणिज्यिक कोटिंग तुलना अध्ययन में उनकी मदद के लिए विशेषता कोटिंग सिस्टम (इंडियानापोलिस, आईएन) को भी धन्यवाद देना चाहते हैं।

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Szostak, K. M., Grand, L., Constandinou, T. G. Neural interfaces for intracortical recording: Requirements, fabrication methods, and characteristics. Frontiers in Neuroscience. 11, 665 (2017).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Ciancio, A. L., et al. Control of prosthetic hands via the peripheral nervous system. Frontiers in Neuroscience. 10, 116 (2016).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Moffitt, M. A., McIntyre, C. C. Model-based analysis of cortical recording with silicon microelectrodes. Clinical Neurophysiology. 116 (9), 2240-2250 (2005).
  10. Neural cuff. Ardiem Medical. , Available from: http://www.ardiemmedical.com/neural-cuff/ (2021).
  11. Nerve-cuff electrodes. Micro-Leads Neuro. , Available from: https://www.microleadsneuro.com/research-products/?jumpto=nerve-cuff (2021).
  12. 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).
  13. Boretius, T., et al. A transverse intrafascicular multichannel electrode (TIME) to interface with the peripheral nerve. Biosensors & Bioelectronics. 26 (1), 62-69 (2010).
  14. 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).
  15. Larson, C. E., Meng, E. A review for the peripheral nerve interface designer. Journal of Neuroscience Methods. 332, 108523 (2020).
  16. 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).
  17. Patel, P. R., et al. Chronic in vivo stability assessment of carbon fiber microelectrode arrays. Journal of Neural Engineering. 13 (6), 066002 (2016).
  18. Yoshida Kozai, T. D., et al. Ultrasmall implantable composite microelectrodes with bioactive surfaces for chronic neural interfaces. Nature Materials. 11 (12), 1065-1073 (2012).
  19. 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).
  20. 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).
  21. Guitchounts, G., Cox, D. 64-Channel carbon fiber electrode arrays for chronic electrophysiology. Scientific Reports. 10 (1), 3830 (2020).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Schwerdt, H. N., et al. Subcellular probes for neurochemical recording from multiple brain sites. Lab Chip. 17, 1104-1115 (2017).
  25. 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).
  26. 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).
  27. Gillis, W. F., et al. Carbon fiber on polyimide ultra-microelectrodes. Journal of Neural Engineering. 15 (1), 016010 (2018).
  28. 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).
  29. Massey, T. L., et al. A high-density carbon fiber neural recording array technology. Journal of Neural Engineering. 16 (1), 016024 (2019).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).
  35. 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).
  36. Cassar, I. R., et al. Electrodeposited platinum-iridium coating improves in vivo recording performance of chronically implanted microelectrode arrays. Biomaterials. 205, 120-132 (2019).
  37. 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).
  38. Mohanaraj, S., et al. Gold nanoparticle modified carbon fiber microelectrodes for enhanced neurochemical detection. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (147), e59552 (2019).
  39. Pusch, J., Wohlmann, B. Chapter 2 - Carbon fibers. Inorganic and composite fibers. Production, properties, and applications. , Woodhead Publishing. 31-51 (2019).
  40. 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).

Tags

Bioengineering 176 अंक
ओपन-सोर्स टूलकिट: तंत्रिका रिकॉर्डिंग के लिए बेंचटॉप कार्बन फाइबर माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणी
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Richie, J. M., Patel, P. R., Welle,… More

Richie, J. M., Patel, P. R., Welle, E. J., Dong, T., Chen, L., Shih, A. J., Chestek, C. A. Open-source Toolkit: Benchtop Carbon Fiber Microelectrode Array for Nerve Recording. J. Vis. Exp. (176), e63099, doi:10.3791/63099 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter