Küçük Hayvanlar Kronik Sinir Kayıtlar için Ultra-hafif Motorlu Microdrive Tasarımı ve Montajı
8 Kasım 2012
Tasarım, imalat ve ultra-hafif motorlu Microdrive montajı açıklanmıştır. Cihaz küçük davranıyor hayvanlarda tek birimler kronik kayıtlar için bir maliyet-etkin ve kolay kullanımlı bir çözüm sağlar.
Bu prosedürün genel amacı, davranış sergileyen küçük hayvanlardan stabil hücre dışı kayıtlar yapmak için uygun, ultra hafif motorlu bir mikro sürücü tertibatı kurmaktır. Bu işlem, öncelikle konnektörün ve motorun şasiye güvenli bir şekilde monte edilmesiyle gerçekleştirilir. İkinci adım ise, mekiği şasiye uyacak şekilde şekillendirmek ve mekik tüplerini takmaktır.
Ardından, elektrot kılavuz tüpleri yerleştirilir ve kayıt elektrotları mikro sürücüye yüklenir. Son olarak, elektrotları ve kabloları istenmeyen hasarlardan korumak için şeffaf kapaklar eklenir. Uygun şekilde monte edilen ve implante edilen bu mikro sürücü, 10 haftaya kadar olan bir süre boyunca hücre dışı aktiviteyi kaydetmek için kullanılabilir.
Tasarım ve montaj prosedürümüz, kullanım kolaylığını maksimize etmek ve maliyeti minimize etmek için zamanla geliştirilmiştir; böylece daha önce yayınlanmış birçok versiyona kıyasla daha geniş bir araştırmacı kitlesi için daha pratik ve erişilebilir hale gelmiştir. Burada tam bir mikro sürücü gösterilmektedir. Bu sistem; sürücü için üst yapı görevi gören bir şasideen, ince dişli bir çıkış miline sahip bir motordan, elektrotları taşıyan ve elektrik bağlantı noktası sağlayan dişli bir mekikten ve ayrıca mekik tüplerinde, elektrotlarda ve elektrot kılavuz tüplerinde gösterilen bir noetics konnektöründen oluşan birkaç ana bileşenden meydana gelir.
Şasi elektrot mekiği ve elektrot mekik tüpleri, 3D CAD yazılımı ile tasarlanan ve yerel bir hassas makine işlemcisi tarafından üretilen özel bileşenlerdir. Diğer tüm bileşenler ticari olarak temin edilebilir. İlk olarak, konnektörün altındaki temas pinlerini düzeltmek için yan keski kullanın.
Şemada gösterildiği gibi, arka pin sırasını 1,5 milimetreye ve ön sırayı bir milimetreye kadar kesin. Ardından şasiyi, açık boşluk aşağı gelecek şekilde küçük bir mengençle dikkatlice sabitleyin ve dört adet 15 milimetrelik poliamid tüp parçasını, burada gösterildiği gibi arka şasi yüzeyiyle aynı hizada ve birbirine paralel olacak şekilde siyanoakrilat yapıştırıcı kullanarak şasiye tutturun. Siyanoakrilat yapıştırıcı kuruduktan sonra, poliamid tüpleri yaklaşık altı milimetre uzunluğa getirecek şekilde kesin ve orta bölümleri çıkarın.
Kalan tüp bölümleri, şasinin alt kenarından yaklaşık üç milimetre uzaklıkta olmalıdır. Ardından, konnektör için küçük bir kaide oluşturmak amacıyla şasi üzerinde epoksi kullanın. Konnektörü üzerine yerleştirin ve konnektörün etrafına ek epoksi ekleyin.
Konnektör yüzeyi, poliamid tüplerin birkaç milimetre üzerinde olmalı ve şasi yüzeyine paralel konumlandırılmalıdır. Epoksi tamamen kürlendikten sonra, şasiyi mengeneden çıkarın ve ön yüzeyi yukarı bakacak şekilde bir sabitleme aparatına (jig) yerleştirin. Ardından motor kablolarını şasideki delikten geçirin ve motoru tabandaki yuvaya kaydırarak yerleştirin.
Motor ve tahrik milinin şasiye paralel olduğunu ve alt ile yan kısma tam oturduğunu kontrol ettikten sonra, motoru şasiye epoksi ile sabitleyin. Epoksi kürlendikten sonra, konnektöre erişilebilmesi için şasiyi döndürün. Motor ve kablolar üzerindeki mekanik stresini azaltmak için, kabloların şasiden çıktığı noktalara az miktarda hızlı donan epoksi ekleyin. Şimdi kabloları kısaltın, uçlarını soyun ve konnektör üzerindeki uygun kontaklara lehimleyin.
Milin her iki yönde de sorunsuz döndüğünden emin olmak için motoru test edin ve ardından elektrot mekiğinin montajına geçin. İlk olarak, mekiği dikkatlice motor miline geçirip düşük hızda tahrik milinin tüm uzunluğu boyunca yukarı ve aşağı hareket ettirerek uyumunu test edin.
Mekik, şasiye sıkıca oturmalı; sürücüye sıkışmamalı ve motor mili dönmeyi durdurmamalıdır. Mekik mil boyunca pürüzsüz bir şekilde hareket etmiyorsa, şasinin yüzeyini ve sürücü vidasını kalıntı olup olmadığına karşı kontrol edin.
Kalıntıları ince bir pens veya basınçlı hava ile temizleyin, ardından dişli kısmı hafif mineral yağ ile kaplayın ve uyumu yeniden kontrol edin. Mekik çok sıkıysa, mekiğin yan tarafındaki engelleyici malzemeyi temizlemek için pens ve ince kumlu bir sürtme taşı kullanın. Malzemeyi eşit şekilde kaldırmaya özen gösterin.
Son olarak, hareket sırasında eğilme ve titreme ile kendini belli eden bir gevşeklik söz konusuysa, mekik ile şasi yüzeyi arasındaki boşluğu doldurmak için mekiğe küçük bir şeffaf film şeridi yapıştırın. Uygun yerleşim sağlandığında, mekiği milden çıkarın ve paslanmaz çelik tüpleri mekiğin dört büyük deliğinin her birine, tüplerin mekik üzerinde merkezlendiğinden ve burada görüldüğü gibi dört tüpün uçlarının aynı hizada olduğundan emin olarak yerleştirin; ardından her bir tüpün tabanına küçük bir damla siyanoakrilat tutkal sürün ve tutkalın mekiğin kenarlarına veya tüplerin içine bulaşmadığından emin olun. Tutkal kuruduktan sonra, tamamlanmış elektrot mekiğini tekrar tahrik miline vidalayın ve vidalama kısmının en tabanına kadar getirin.
Elektrot kılavuzları olarak kullanılmak üzere 25 milimetre uzunluğunda 4 adet poliamid tüp parçası kesin. Ayrıca, montaj sırasında yalancı elektrotlar olarak kullanılmak üzere dört elektrodu 40 milimetrelik bölümler halinde kesin. Her bir tüp bölümünü, elektrot tüpün ucundan yaklaşık 10 milimetre dışarı çıkacak şekilde bir yalancı elektrodun üzerine geçirin.
Şimdi, poliamid tüplerin her birini şasinin içine burada gösterildiği gibi yerleştirin. Az miktarda hızlı döküm malzemesini karıştırın ve elektrodun üst ucunun yaklaşık iki milimetre altına uygulayıp kurumasını bekleyin. Ardından, sahte elektrodları çıkarın ve elektrod kılavuzlarının boşta kalan uçlarını, sürücünün altında sıkı bir demet oluşturacak şekilde yeniden konumlandırın.
Gerekirse, elektrotları yerinde tutmak için etraflarına ince bir tel sarın. Ardından, burada gösterildiği gibi yeni konumu hızlı döküm malzemesiyle sabitleyin. Mikro sürücünün alt kısmının ötesine uzanan elektrot tüp kılavuzlarını düzeltmek için keskin bir bistüri kullanın.
Bu tüpler nihayetinde elektrotları beynin yüzeyine yönlendirecektir, bu nedenle seçilen uzunluk implantasyon bölgesinin anatomisine bağlıdır. Ardından, 30 milimetre uzunluğunda yalıtımlı platin tel kesin ve bir ucundan bir milimetre boyunca yalıtımı soyun. Daha sonra, bunu konnektördeki sinyal pinlerinden birine lehimleyin.
Ardından teli konnektörün altından bükün ve tel kılavuz borularından birinin içinden itin. Teli gergin bir şekilde çekin ve elektrot mekiği şaftın üst kısmındayken şasinin üstündeki kılavuz yuvasına getirin. Poliamid tüpe 25 milimetrelik bir elektrot yerleştirin ve paslanmaz çelik tüp üzerinden yukarıya doğru çekin.
Mekik içerisinde. Elektrot ucunu, poliamid tüpün alt ucuyla aynı seviyeye gelecek şekilde konumlandırın. Ardından elektrodu, mekik tüpünün bir milimetre üzerinden kesin.
Elektrodun son iki milimetresindeki ve platin telin son iki milimetresindeki izolasyonu soymak için ince pensler kullanın. Elektrodu, ucunun kılavuz tüplerin alt kısmıyla hizalanacağı şekilde yeniden konumlandırın. Ardından platin teli mekik tüpüne yerleştirin ve bir milimetrelik kısa bir tungsten tel bölümünü mekik tüpüne kaydırarak her ikisini birbirine sabitleyin.
Hem mekanik hem de elektriksel bağlantı sağlamak için elektrot ve tel arasında sıkı bir uyum olduğundan emin olun. Ardından, hareketin sorunsuz devam ettiğini kontrol etmek için mekiği tahrik milinin boyunca yukarı ve aşağı hareket ettirin. Tüm elektrotlar aynı şekilde kurulduktan sonra, toprak teli olarak kullanılmak üzere 30 milimetre uzunluğunda bir gümüş tel parçası kesin.
Elektrotların kılavuz tüp çeperlerine sürtünmesini azaltmak için bir uçtan bir milimetre yalıtımı soyun ve şase pinine lehimleyin. Kılavuz tüplerin ucuna bir damla hafif mineral yağ damlatın ve yağın kılcal hareketle tüplerin içine çekilmesini sağlayın. Ardından, 12 milimetre x 25 milimetre boyutlarında bir şeffaf film dikdörtgeni kesin ve bunu geniş bir U şekli oluşturacak şekilde katlayın.
Bu kapağı şasinin dış yüzeylerine yapıştırmak için tutkal kullanın. Ardından şeffaf filmden 15 milimetre x 6 milimetrelik bir dikdörtgen kesin ve bunu konektörün etrafına sabitlemek için siyanoakrilat tutkalı kullanın; şeffaf film parçasının uzun kenarının konektörün üst kenarıyla aynı hizada olduğundan emin olun.
Nihai cihaz şu şekilde görünmelidir. Aşağıdaki görüntüler, davranış sergileyen zebra ispinozunun arch AUM robust çekirdeğinden alınan temsili kayıtları göstermektedir. İlk görüntü, implantasyondan bir hafta sonra 10 mega platin iridyum elektrot ile kaydedilen tek ünite aktivitesini göstermektedir.
Sıradaki görüntü, önceki görüntü için kullanılan aynı elektrotla ancak yaklaşık dokuz hafta sonra alınmış bir kaydı göstermektedir. Düşük empedanslı elektrotlar kullanılarak kaydın yüksek kalitesinin devam ettiğine dikkat edin. Stabil çoklu ünite aktivitesi kaydedilebilmektedir.
Bu son görüntü, bir mega ohm platin elektrot ile kaydedilen çoklu ünite aktivitesini göstermektedir. Montaj prosedürü ustalıkla uygulandığında, ilk kurulumdan sonraki epoksi kuruma süresi hariç, bir mikro sürücü yaklaşık beş saat içinde tamamen monte edilebilir. Bununla birlikte, sürücü iki saatten kısa bir sürede yeniden kullanıma hazır hale getirilebilir.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu makale, küçük hareketli hayvanlarda kronik kayıtlar için ultra hafif motorlu mikro sürücünün tasarımını, üretimini ve montajını açıklamaktadır. Cihaz, stabil ekstraselüler kayıtlar için uygun maliyetli ve kullanıcı dostu bir çözüm sunar.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Elektrofizyoloji
- Davranışsal çalışmalar
Arka Plan
- Kronik kayıtlar, hareketli hayvanlarda sinirsel aktiviteyi incelemek için gereklidir.
- Mevcut cihazlar hantal veya pahalı olabilir.
- Hafif ve verimli kayıt çözümlerine ihtiyaç vardır.
- Bu mikro sürücü bu zorlukları gidermeyi amaçlamaktadır.
Çalışmanın Amacı
- Stabil kayıtlar için motorlu bir mikro sürücü geliştirmek.
- Nöral aktivitenin uzun süreli izlenmesini kolaylaştırmak.
- Küçük hayvanlarla çalışan araştırmacılar için erişilebilirliği artırmak.
Kullanılan Yöntemler
- Bağlayıcı ve motorun şasiye monte edilmesi.
- Mandoyu şasiye uyacak şekilde şekillendirme ve manto tüplerinin takılması.
- Elektrod rehber tüplerinin takılması ve kayıt elektrotlarının yüklenmesi.
- Elektrotların ve kabloların korunması için şeffaf kapaklar eklenmesi.
Ana Sonuçlar
- Mikro sürücü, ekstraselüler aktiviteyi en fazla 10 hafta boyunca kaydedebilir.
- Montaj adımları, sürekliliği ve işlevselliği garanti eder.
- Tasarım uygun maliyetli ve kullanımı kolaydır.
- Küçük hayvanlarda kronik kayıtlar için uygundur.
Sonuçlar
- Ultra hafif motorlu mikro sürücü, araştırmacılar için uygun bir araçtır.
- Küçük hayvanlarda uzun süreli çalışmaların yapılmasını kolaylaştırır.
- Bu cihaz, sinirsel mekanizmaların anlaşılmasında ilerlemelere yol açabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Chronic neural recording in freely behaving small animals is essential for dissecting neural circuit function in translational neuroscience and neuropharma R&D. The ultra-light motorized microdrive enables stable, long-term data acquisition with minimal animal handling, supporting high-fidelity neural readouts for target validation and mechanistic de-risking. This accessible, cost-effective device design enhances predictive confidence at early discovery and preclinical inflection points.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables chronic, high-quality neural recordings to interrogate circuit-level hypotheses in disease-relevant models.
- Supports functional target validation by allowing longitudinal monitoring of neural activity during behavioral paradigms.
- Facilitates mechanistic de-risking by reducing confounds from repeated animal handling and device instability.
Screening & Assay Development
- Provides a validated platform for generating reproducible, quantitative neural data in small animal models.
- Standardizes electrode positioning and recording conditions, improving assay reliability and scalability.
- Enables screening of pharmacological or genetic interventions with consistent neural endpoints.
Translational & Preclinical Research
- Aligns chronic neural recording outputs with translational biomarker strategies in neuropsychiatric and neurodegenerative models.
- Supports continuity from early discovery through preclinical validation by enabling long-term, in vivo neural monitoring.
- Reduces biological risk by providing stable, interpretable neural endpoints for candidate evaluation.
Pipeline & Workflow Integration
This microdrive design integrates into the discovery-to-preclinical continuum, enabling hypothesis-driven neural circuit interrogation and supporting lead identification and validation workflows.
- Discovery Biology: Facilitates robust hypothesis testing and pathway clarification via chronic neural recordings.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative neural data for compound or genetic screening in small animals.
- Analytics: Provides stable, longitudinal neural readouts for statistical comparison across experimental conditions.
- Translational Research: Bridges early discovery and preclinical studies by supporting biomarker alignment and disease-relevant endpoints.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable, modular platform adaptable to diverse neuroscience R&D programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neural circuit studies.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of chronic neural recording workflows.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by enabling robust, longitudinal data collection.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of neuropharma candidates.
Implementation Considerations
- Requires basic laboratory skills and access to custom-machined components based on provided CAD drawings.
- Needs standard electrophysiology instrumentation and analytical infrastructure for data acquisition and analysis.
- Demands cross-team standardization of assembly and implantation procedures for reproducibility.
- Adaptable to various small animal models with consideration of anatomical and behavioral requirements.
- Practical limitations include initial assembly time and the need for careful handling to maintain device integrity.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:11
Overview of Components
1:54
Drive Chassis Preparation and Assembly
3:57
Electrode Shuttle Assembly
5:36
Guide Tube and Electrode Installation
8:32
Final Assembly and Pre-implantation Preparation
9:20
Results: Representative Recordings from the Archstriatum of the Behaving Zebra Finch
10:06
Conclusion
