注射器注射メッシュ電子安定した慢性の齧歯動物の生理

Bioengineering
 

Summary

メッシュ電子プローブとシームレスに統合脳内記録安定した、長期的な単一ニューロンのレベルを提供します。このプロトコルは、生体内で実験、メッシュを含む組織の組織学、結果、記録、入力/出力インターフェイス定位注射針を読み込んでメッシュ製品の作製を含むメッシュ エレクトロニクスプローブ。

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Schuhmann Jr., T. G., Zhou, T., Hong, G., Lee, J. M., Fu, T. M., Park, H. G., Lieber, C. M. Syringe-injectable Mesh Electronics for Stable Chronic Rodent Electrophysiology. J. Vis. Exp. (137), e58003, doi:10.3791/58003 (2018).

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Abstract

埋込型脳生理プローブは、浅部と深部脳領域から高時空間解像度の神経活動を記録する神経科学の能力のための貴重なツールが。その使用が妨げられている、しかし、プローブと脳の機械的、構造的不一致によって組織は一般的に微動につながる、生じる神経膠症信号慢性記録実験で不安定。対照的に、シリンジ注入ウルトラフレキシブル メッシュ電子の注入の後にメッシュ プローブ フォーム少なくとも 1 年間に個々 のニューロンの安定したトラッキングを可能にする周囲の脳組織をシームレスに、神経膠症無料インターフェイスタイム スケール。このプロトコルの詳細シリンジ注射を使用して典型的なマウス神経細胞記録実験で重要なステップ メッシュ標準写真平版ベース プロセスで可能な読み込み、多くの大学でメッシュ エレクトロニクスの作製を含む電子機器標準的なキャピラリー針、定位注射の体内入力/出力標準計測器インタ フェース、拘束または自由にレコーディング セッションを移動して脳の断面組織学的メッシュの接続にエレクトロニクスをメッシュします。エレクトロニクスをメッシュ組織を含みます。代表的な記録および組織データが掲載されています。このプロトコルに精通している調査官でお越しの独自の実験にメッシュの電子機器を組み込むし、高齢化の研究など、長期的な安定した神経インタ フェースによって与えられるユニークな機会の活用に必要な知識プロセス、脳の発達、脳の疾患の病因。

Introduction

単一ニューロン分解能で脳をマッピングできるツールの開発は、脳と神経に重要です。脳波、脳磁図 (MEG)、機能的磁気共鳴画像 (fMRI) などの神経の研究のための非侵襲的技術が人間1で動作と脳の活動を関連付けるための貴重な証明されています。3,4それぞれ、スケール構造と基本的なマイクロメータでミリ秒ニューラル ネットワークのダイナミクスを勉強のため2、しかし、彼らは必要な時空間解像度を欠いています。特定の下角 (ECoG) プローブ、膜電位感受性色素を用いた光学的イメージング手法は単体スパイキング活動生体内で5,6, を記録に成功しているが、近くのみ一般的に効果的な脳の表面、浅い脳の研究への適用を制限します。対照的に、埋込型電気プローブの蛍光標識を必要とせずあらゆる脳の領域からの動物を自由に移動の単一ニューロンの電気生理を測定できる、特にそれらがシステム レベルの神経科学に不可欠半導体の微細加工技術をプッシュするいるとチャンネル数は何百、何千人も3,7,8,9に。これらの機能のおかげで埋込型電気プローブが神経科学、神経、視覚系10、神経の治療の情報処理の基礎的研究を含む多くの重要な貢献を作られました。パーキンソン病の11、および脳-機械インタ フェース (BMIs) 補綴12,13のためのデモンストレーションなどの疾患。

それにもかかわらず、明らかにスパイク振幅とヶ月14,15週間の時間スケールの不安定な信号が小さくなるよう長期的な不安定性が限られた比較的短期の研究に埋込型プローブの適用現象は、脳の老化と開発主として未解決の質問を残してします。長期的な不安定性の制限は、従来のプローブとサイズ、力学、およびトポロジ14,15,16,17,18脳組織間の不一致の結果です。サイズの面で一方神経シナプスと突起は、およそ数十ナノメートルから数十 μ m 径19、それぞれ伝統的なプローブが多いシリコン微小電極アレイの場合、大きく > 4 回単一ニューロン細胞体7,8のサイズ。これらのプローブのサイズが比較的大きい破壊自然構造と密な神経組織、したがって慢性の免疫応答への貢献と、検討している神経回路の摂動の接続するかもしれない。機械的性質の面で伝統的なプローブは、彼らが注入される; 非常に柔らかい神経組織よりも大幅に剛性の高い10-20 μ m ポリイミドの厚いシートから作られても「柔軟な」プローブが脳組織20,21よりも硬め、少なくとも 10万回です。この曲げ剛性の不一致には、プローブと脳の組織は、信頼性の低い単一ユニット拡張記録中に追跡し、移植部位で慢性的な神経膠症を誘発するのに至る間の相対的なずれ運動もします。最後に、従来の脳プローブの位相構造は必ずしも組織の固体ボリュームを除外します。トポロジのような不一致神経回路の接続を妨害、ニューロン、グリア細胞、血管脳組織22、内の自然な三次元 (3 D) 貫入分布を排除、3 D 輸送を妨げるシグナリング分子23。一緒に、従来のプローブのこれらの欠点を臨床応用し、単一ニューロン レベルでの縦の神経科学研究を求めて長期的な互換性を下回るそれらしました。

これらの欠点を克服するために我々 はメッシュ エレクトロニクス16,21,24と呼ばれる"組織のような「神経プローブの新しいパラダイムを開発することによって神経系と電子系の間の線をあいまいに求めた。メッシュ電子 (2) 機械的性質脳組織と (3) 3 D のそれらに類似の神経組織のマイクロ サイズ スケールを同じナノメートル (1) 構造機能を組み込むことでサイズ、力学、およびトポロジで上記一致する問題に対処します。マクロポーラス トポロジ > 90% の空間を開き、こうして神経細胞と細胞外の環境による分子の拡散の相互浸透を収容します。メッシュ電子プローブは、注射器と針、脳深部領域21,25にも注入しながら最小限の急性損傷を引き起こす特定の脳領域を正確に配信できます。神経細胞体と軸索が相互に浸透する週間投与後、電子記録とその周辺の脳組織21間のシームレスな神経膠症無料インタ フェースを作成内の 3 D メッシュ電子プローブ構造に示されています。,26,27. これらのユニークな機能は、安定して同じ個々 のニューロンから少なくとも年タイム スケール27上スパイク アクティビティを追跡するメッシュ電子プローブを有効にしています。また、写真平版 (PL) に基づくメッシュ エレクトロニクスの作製は組み込むことが、示されたチャネルでカウント単純接触露光を用いたプローブにつき最大 128 電極電極の数の高いスケーラビリティを提供します28と専門機器29なし周辺電子急速な電気的接続では、プラグ アンド プレイ入出力 (I/O) デザイン。

幅広い研究測定のプロトコルにメッシュの電子機器を組み込むことから寄与するかもしれない。皮質内の記録のほとんどの実験は注射器注入、次の注入、大幅に減らされた免疫反応を介してメッシュ エレクトロニクスの低侵襲の注入手順恩恵し、能力を残してメッシュでエレクトロニクス、後続の組織と各記録サイトを取り巻く生物学的環境の正確な分析のための免疫組織。特に慢性記録実験メッシュ電子の月への年の多数の個々 のニューロンを追跡するためのユニークな能力から値を取得します。この機能が以前、神経回路の縦断的加齢研究、発展途上の脳との病因に問い合わせの調査など実用的な単一ニューロン分解能で研究のための機会を作成します。脳症16

このプロトコルですべてシリンジ注射メッシュ エレクトロニクス (図 1を参照) を使用して典型的なマウス神経細胞記録実験の重要なステップについて述べる。手順にはメッシュ エレクトロニクスを読み込んで標準的なキャピラリー針、定位注射メッシュ エレクトロニクス生体内で接続の多くの大学で PL ベースの標準的なプロセスを可能な限りメッシュ エレクトロニクスの製造が含まれます、標準計測器インタ フェース、抑制または自由行動録音セッション、およびメッシュ エレクトロニクスを含む脳組織の組織学的区分に I/O をメッシュします。電気インタ フェースや録音である場合は、この手順を省略可能性があります彼らは、組織学研究のみメッシュ エレクトロニクスを使用していくつかの研究者は必要ありません。このプロトコルに慣れ後、捜査官メッシュ エレクトロニクスは、独自の実験に必要なすべての知識が必要です。

Protocol

脊椎動物について実行されるすべての手順は、機関動物ケアおよび使用委員会 (IACUC) ハーバード大学によって承認されました。

1. メッシュ エレクトロニクスの作製

注: このセクションで説明する手順は、センターのナノスケール システム (CNS)、ハーバード大学などの標準的な大学クリーン ルーム施設内で使用するものです。この施設に準ずる施設と同様の例として、一部の国家ナノテクノロジー インフラストラクチャ ネットワーク (NNIN) 国立科学財団 (NSF) によってサポートされているため、アメリカ合衆国の周りの外部ユーザーにアクセス可能です。これらの施設でツール、機器、およびこのセクションに記載されている材料の多くはクリーン ルーム施設へのアクセスと共に提供され、別途購入は必要ありません。

注意: メッシュの電子機器の製造に使用される化学物質の多くは有害、レジスト、CD 26、PG の除去、SU 8 開発者、および Ni エッチング液を含みます。使用する前にこれらの化学物質、材料安全性データ シート (MSDS) を参照してくださいと実装し、すべての回で適切な安全対策に従ってください。

  1. 熱蒸発 100 nm の Ni のきれいな Si ウエハ上に。
    注: 典型的な成膜パラメーターは、5 x 10-7 T の基本圧力と 1-2 Å/秒のレート。Ni の薄層は、ウェハからメッシュ電子を解放するを廃止後犠牲層として機能します。
  2. 最初に PL マスク (PL マスク 1) を使用すると、メッシュ エレクトロニクス SU 8 ネガ型フォトレジスト (図 2 a) の層を不動態化底を定義できます。
    注: PL は感光基板上開催マスクに当てると紫外線 (UV) で標準的な微細加工技術です。光いずれは不溶性 (否定的な抵抗) や水溶性 (ポジ形レジスト) 基板上の露出部分、なります。マスクがコンピューター支援設計 (CAD) ソフトウェアで描画され、通常、ベンダーから注文します。マスク ・ アライナは、マスク基板上の既存のパターンに合わせ、UV ライトにそれらを公開する使用されます。メッシュ製品の製作には、4 種類のマスク (PL PL マスク 4 をマスク-1) が必要です。私たちのマスク デザインが要求やリソース サイトから利用可能な meshelectronics.org。
    1. 400-500 nm のおおよその SU 8 厚さ 4,000 rpm でウェーハ上にスピンコート SU 8 2000.5年ネガ型フォトレジスト
    2. ソフト 95 ° C で 1 分続く 65 ° C で 1 分ホット プレートにウェーハを焼く
    3. PL マスク - 1 底メッシュ SU 8 層に対応する SU 8 を公開するマスクアにウェハをロードします。I 線 (365 nm) 線量 100 mJ/cm2で公開します。
    4. ポストが 95 ° C で 1 分続く 65 ° C で 1 分ホット プレートにウェーハを焼く
    5. SU 8 開発者のトレイにウェーハを浸します。SU - 8 メッシュ パターンが完全に開発されているまで 2 分のためのソリューションが振ちましょう。イソプロピル アルコール、1 分およびブローのトレイにすすいでください。
    6. ハード 180 ° C 1 時間でホット プレートにウェーハを焼きます。
      注: SU 8 は通常ハード 150 ° C と 250 ° C 以下の開発の間焼きです。ハード ディスク焼く焼鈍表面ひび機械的安定性を確保するため SU 8 の開発し、さらに架橋の中にフォームがあります。ハード 180 ° C 下 SU 8 層と上部の 190 ° C で焼成 SU 8 層メッシュ電子のため良い結果が得られます。
  3. 金属を定義する使用 PL マスク 2 相互接続と I/O パッド (図 2 b)。
    1. 300 のおおよその厚さの 4000 rpm でウェーハ上にスピン コート LOR3A nm。
      注: LOR3A は、後続のメタライズ処理中にアンダー カットする速度を抵抗 polydimethylglutarimide ベースです。
    2. 5 分間 180 ° C でホット プレートにウェーハを焼きます。
    3. 500 のおおよその厚さの 4000 rpm でスピン コート S1805 ポジ型フォトレジスト nm。
    4. 1 分の 115 ° C でホット プレートにウェーハを焼きます。
    5. PL マスク - 2 金属に対応する S1805 の配線を公開し、I/O パッド マスクアにウェハをロードします。40 mJ/cm2の h ライン (405 nm) 線量で公開します。
    6. CD 26 は現像のトレイにウェーハを浸します。振とうソリューション 1 分金属配線パターンまでされて完全に開発。1 分とブローの脱イオン水 (DI) のトレイにすすいでください。
    7. 熱蒸発 3 Cr の nm は続いて 80 Au の nm。
      注意: 最大で 5 × 10-7 T の基本圧力、1 Å/s の蒸着速度通常最高の映画品質になります。
    8. 金属が完全にアンダー カット、所望するインターコネクトとメッシュ エレクトロニクスの I/O パッド領域だけで金属を残してまで約 3 時間の除去の PG のフラット ビーカーにウェハを浸します。イソプロピル アルコールとブロードライにすすいでください。
  4. PL マスク 3 を使用すると、Pt 電極 (図 2) を定義できます。
    1. 1.3.1 1.3.4 を介しての手順を繰り返します。
    2. PL マスク - 3 Pt 電極に対応する、S1805 を公開するマスクアにウェハをロードします。40 mJ/cm2の h 線線量で公開します。
    3. CD 26 は現像のトレイにウェーハを浸します。1 分のためのソリューションが振とうまで Pt 電極パターンが完全に開発されています。ディのトレイの 1 分とブロードライにすすぐ。
    4. 預金 3 電子ビームの蒸発器を使用して、Cr の nm は続いて 50 Pt の nm。
      注: 典型的な成膜パラメーターは 5 x 10-7 T の基本圧力及び率 2 Å/秒。
    5. 金属が完全にアンダー カット、メッシュ電子機器の適切な電極サイトでのみ Pt を残してまで約 3 時間の除去の PG のフラット ビーカーにウェハを浸します。イソプロピル アルコールとブロードライにすすいでください。
  5. PL マスク-4 を使用して、メッシュ エレクトロニクス SU 8 ネガ型フォトレジスト (図 2 D) との層を不動態化トップを定義します。
    1. PL マスク - 4 SU 8 のトップ保護メッシュ レイヤーに対応する公開を除く、1.2.5 を通じて 1.2.1 手順を繰り返します。
    2. ハード 1 h 190 ° C のホット プレートにウェーハを焼きます。
      注: この温度は 10 ° C 下 SU 8 (ステップ 1.2.6) のハード ディスク焼くのよりも高い。この高温は若干下 SU 8、トップの SU 8 層をマージし、したがって単一、連続的な SU 8 構造を形成する原因とを再配置されます。
  6. エレクトロニクスのメッシュは今完了 (図 2 eおよび図 3)Ni の犠牲層を溶解することにより Si 基板から外します。
    1. 50 W 1 分で酸素プラズマを用いたウェーハを扱います。これは SU 8 表面親水性、水溶液中で容易に中断するメッシュを許可を酸化させます。
    2. フラット ビーカー 1:1 の体積比で塩酸、塩化第二鉄と DI を組み合わせる: 20 をそれぞれ Ni エッチング液の溶液を作成します。
    3. メッシュ電子が Si ウェハから完全に解放されるまで約 3 時間ニッケル エッチング液のフラット ビーカーにウェハを浸します。
    4. Ni エッチング液から DI の 100 mL のビーカーに電子プローブにリリースされたメッシュを転送するのにパスツール ピペットを使用します。洗浄できるように少なくとも 3 倍ディの新鮮なビーカーにメッシュ エレクトロニクスを転送します。
    5. パスツール ピペットを使用してメッシュのエレクトロニクスを消毒用、70/30% エタノール/水ソリューションに転送し、ピペットを使用してメッシュの電子機器を滅菌水の洗浄効果に転送します。
      注: 滅菌後メッシュ エレクトロニクスは高機能化、他のソリューションに転送できます。たとえば、24 時間のポリ D リジン (1 mg/mL) の水溶液に、細胞接着を促進するメッシュ エレクトロニクスを転送できます。
    6. メッシュ エレクトロニクスを転送するパスツール ピペット滅菌 1 x リン酸の 100 mL のビーカーにプローブの使用は、インジェクションで生体の前に生理食塩水 (PBS) をバッファーしました。

2. 針にメッシュ エレクトロニクスの読み込み

  1. ピペット ホルダーの購入として、両端で流れるようです。注入 (図 4 a) の間に漏れがないように、エポキシ、円形ねじファスナーの反対側をシールします。続行する前に硬化エポキシをしましょう。
  2. ピペット ホルダーにガラスの毛管の針を挿入します。円形の締め付けネジと円錐ワッシャー (図 4 b) を使用して場所に固定します。400 μ m 内径 (650 μ m 外径) ガラス キャピラリーの針は、このプロトコルに使用されました。他細針材料 (e.g。、金属) と直径が使用できますが、メッシュ電子の injectability を確保するための設計を変更する必要があります。
    注: 1.17 mm 内径 (250 μ m 1.5 mm 外径から) 150 μ m に至る毛細血管針は、当研究室で使用されています。小さいサイズの針で注入を横と縦 SU 8 メッシュ要素より急性間交差の角度を作る、SU 8 メッシュ要素の幅を小さく、薄く SU-8、し、粗い使用によって昇格できます (すなわち、。大きい単位の細胞) メッシュ構造。メッシュの小さい毛細血管針が要求やリソース サイトから利用可能なために設計されたフォトマスク meshelectronics.org。400 μ m の内径と外径 550 μ m ガラス キャピラリー針は商業的ご利用頂けます。これらは 400 μ m の内径を必要とするメッシュとの互換性を維持するが、ここで説明した研究のために使用しない注入によって引き起こされる急性組織損傷を減少させます。
  3. キャピラリー チューブの 2-4 cm の長さを使用してピペット ホルダー側出口に 1 mL 注射器を接続します。
  4. メッシュ エレクトロニクスを含む PBS の 100 mL のビーカーにガラスの毛管針を挿入します。電子プローブし、針 (図 5および補足のビデオ 1) にメッシュ電子プローブを描画するため注射器を手動で撤回メッシュの I/O パッドの近くの針の先端を位置します。
    注: I/O パッド幹配線領域とメッシュ デバイス領域は簡単に肉眼で識別メッシュ電子プローブがソリューション内で利用停止。これにより、正しい方向で針にメッシュ エレクトロニクスの明確なロード。
  5. プッシュ/プル メッシュ電子針内での位置を調整するシリンジのプランジャーはまだ生理食塩水に浸漬しながら。
    注: 理想的な位置決め可能な針の終わり近くとしてウルトラフレキシブル メッシュ デバイス領域です。この構成では、デバイスの領域は最初に注入される保証および I/O パッド中最後脳に注入される液体の量を最小限に抑えます。
  6. ピペット ホルダー側出口からキャピラリー チューブを慎重にデタッチします。針内メッシュ電子の位置を変えることができる吸引力の作成を避けるためにゆっくりとそれをデタッチします。

3 メッシュ エレクトロニクスのライブ マウス脳注入脳定位固定装置

注: マウス 75 mg/kg ・ 1 mg/kg とケタミン dexdomitor の混合物の腹腔内注射で麻酔をかけられました。麻酔の程度は手術を開始する前につま先ピンチ メソッドで検証されました。体温は、麻酔中の 37 ° C の恒温毛布にマウスを置くことによって維持されました。外科を 1 時間使用する前にすべての金属製の手術器具をオートクレーブに限定されないなど、滅菌手袋を使用して、手術、滅菌フィールドのメンテナンス中ホット ビーズ滅菌器を使用しての適切な無菌手技が実装されましたdepilated 頭皮、70% エタノールで、プラスチック製の楽器の消毒手術部位周辺皮膚は切開する前に iodophor で準備中。サバイバル手術、手術の結論の後の傷の周り antiobiotic 軟膏を適用し、マウスが 37 ° C の加熱パッド装備ケージに返されました。彼らは胸骨の横臥を維持するために十分な意識を取り戻したまでマウスが放置しません。マウスは、術後 72 時間まで 0.05 mg/kg 12 時間間隔の用量で腹腔内投与によるブプレノルフィン鎮痛を与えられました。マウスは、術後他の動物から隔離されていた。270 mg/kg 体重の投与量でペントバルビ タールのいずれかの腹腔内投与や transcardial 血流を介してマウスを安楽死させ (ステップ 6.1 を参照してください)。捜査官がガイガーを参照してください。30、星のカービィ、31日、ゲージ、32齧歯類定位手術の詳細については。

  1. マウスの麻酔、脳定位固定装置のフレームの修正します。
  2. 麻酔中の乾燥を防ぐためのマウスの目に眼の潤滑剤を適用します。
  3. 歯科用ドリルや脳定位固定装置のフレームを使用して、頭蓋骨に目的の座標で開頭術を開きます。ステンレス製接地ネジやワイヤーの挿入の注射部位から 2 番目に開頭術を開きます。
  4. 頭蓋骨に締め金で止める基板を歯科用セメントで固定します。後の手順で折り畳み式のステップの信頼性を改善するために基板の約 1 mm ワイド ギャップをカットします。
    注: 多くの材料は、32 チャンネルの適切な厚さ (0.18 ± 0.05 mm 厚みケーブルの設計) ゼロ挿入力 (ZIF) コネクタである限り働くだろうが、フレキシブル フラット ケーブル (FFC) は"L"図形作品よく (図 7 a) にカット。
  5. (図 4および図 6 a) 直角終了クランプを使用して固定フレームにメッシュのエレクトロニクスを含む針ピペット ホルダーをマウントします。
  6. ピペット ホルダーの側コンセントを付ける 5 mL 注射器シリンジ ポンプ (図 6) を使用して固定、約 0.5-1 m キャピラリー チューブの長さ。
    メモ: は、ピペット ホルダーに接続する前にキャピラリー チューブ内に気泡がないことを確認します。泡は射出時の流れを中断し、メッシュ エレクトロニクスの滑らかな、管理された配信を阻止できます。
  7. 脳の中で希望する開始位置で針の先端の位置に定位のフレームを使用します。
    注: ここで使用されるメッシュ電子プローブは記録電極の長さに広がっています 2 mm と第 1 の電極が位置するメッシュ エレクトロニクス (図 3 aで一番左エッジ) の開始端から 0.5 mm。そのため、開始位置が 0.5 mm 興味の脳の領域よりも深くに定位座標を選択してください。普及とメッシュ エレクトロニクス内記録電極の位置マスク デザイン プロセス中に自由に選択することができます、ので、記録電極にまたがる関心の脳領域の脳定位固定装置に沿って注入されるように選択します。軌道。
  8. ガラス針でメッシュ電子プローブのトップを表示する (図 6 b) カメラを配置します。いくつかのソフトウェアでは、メッシュの電子工学の元の位置をマークする画面に線を描画することができます。
  9. ・ シリンジ ポンプを低速に設定してスタートを押すと流れを開始します。10 mL/h は 400 μ m の内径キャピラリー針の典型的な開始流量です。ゆっくりと針内メッシュ電子プローブが移動しない場合に流量を増やします。
    注: これは注射部位の周囲組織を損傷することが、脳に注入液量を最小限に抑えることが重要です。注入量で最高の結果を実現未満 25 μ L 注入されたメッシュの長さ 1 mm あたり。理想的な値は、このボリュームの半分以下本研究室では、通常注入 4 mm メッシュの長さあたり 10-50 μ L を注入します。
  10. メッシュ電子プローブ針内を移動し始めると、脳定位固定装置のフレームを使用、メッシュ電子プローブ挿入される、メッシュ エレクトロニクスのマークの元の位置を参考にして同じ速度で針を撤回します。
    注: この手順、視野 (FoV) 注入法25と呼ばれる対象脳領域にメッシュ エレクトロニクスの正確な配信くしゃくしゃまたは転位せずできます。多くの場合メッシュ電子プローブ針内での移動が開始されると、流量を削減できます。本研究室では、20-30 mL/h の流量がメッシュとキャピラリー針壁の静的な摩擦を克服する必要がありますが、率を低減できる 10 mL/h にインジェクションのプロセスが開始されると。流量や注入量、通常小さい直径細針の小さいです。
  11. 生理食塩水に流れると針が頭蓋骨を終了するまで針の取り消しを続けます。シリンジ ポンプからの流れを停止します。

4. 入出力インタ フェース

注: この時点で、メッシュ電子プローブが挿入された選択した軌道に沿って脳内で開始位置から。針は、格納されているし、は電子配線メッシュと開頭のすぐ上脳からにまたがる針と I/O パッド (図 7 b) 針の中でも。このセクションを使用して、プリント回路基板 (PCB;図 7図 8) メッシュ電子プローブへのインタ フェースします。PCB は、神経細胞記録実験用ヘッド ステージとなる絶縁基板による 32 ch 標準アンプ コネクタ接続に ZIF コネクタを接続します。PCB はさまざまな頭ステージ構成に合わせてカスタマイズできます。要求やリソースのウェブサイト、meshelectronics.org、およびすることができますから私たちのデザイン ファイルがありますプリント基板製造・組立サービスのベンダーから Pcb を安く購入するために使用します。

  1. 慎重に基板をクランプ FFC に針を誘導する脳定位固定装置のフレームを使用し、ギャップを渡って (図 7) を配線メッシュ エレクトロニクスでたるみを生成するシリンジ ポンプのソリューションを流れます。
  2. 針がクランプの基板上とギャップを渡って、メッシュ エレクトロニクス (図 7) のクランプの基板上に I/O パッドを取り出すに速い速度でフローを再開します。
  3. I/O パッドとして、できるだけ最初の I/O パッドに近い約 90 ° 角度に曲げるピンセットとディのピペットを使用する。
    注: は、後続の手順で基板の ZIF コネクタに挿入するパッドを許可するため、曲げ加工です。ZIF コネクタは 32 I/O パッド メッシュ電子プローブの不完全な 90 ° ベンドは、または最初の I/O パッドの前に発生していないベンド、I/O パッド (図 7 eで一番左のパッド) を切断することになります、同じ幅であります。
  4. 展開とドライ メッシュ茎に 90 ° の角度での I/O パッドが整列して、一度は穏やかに流れる場所で、空気を圧縮しました。
    注: メッシュ電子プローブ未満 32 チャンネルは、同じ 32 チャネル ・ インタ フェース ボードに接続することもできます。たとえば、私たちの研究室は一般 32 チャンネル基板を使って電子プローブ 16 チャネル メッシュを使用します。インタ フェースが容易、ZIF コネクタ内の余分なスペースと接触していないチャンネルを追加をインピー ダンス セッション、記録中にテスト オープン回路として容易に識別できます。
  5. I/O パッドの端から mm ストレート エッジ約 0.5-1 でクランプの基板をカットします。また、PCB マウント 32 ch ZIF コネクタ (図 7 階) 挿入の妨げになるクランプ基板の余分な部分をカットします。
  6. PCB の ZIF コネクタに I/O パッドを挿入し、ラッチ (図 7) を閉じます。使用測定電子チャネルと成功を確認する接地ネジ間のインピー ダンスを測定するためのインタ フェース。インピー ダンス値が高すぎるなら、ZIF コネクタのラッチを解除、挿入を調整し、正常に接続が確認できるまで再テストします。
  7. 公開されているメッシュ電子配線保護のため歯科用セメントと ZIF コネクタをカバーします。基板のギャップで基板を反転し、マウス頭蓋骨 (図 7 H) にセメントを用いた PCB を修正します。
    注: ギャップで FFC を曲げ電子配線メッシュを破ることができる時々 機械的ひずみを低減します。
  8. 堅牢でコンパクトなヘッド-ステージ以降の記録セッション (図 7I) 中にインタ フェース用に PCB を回す、硬化するセメントを許可します。

5. 神経細胞記録実験

  1. Tailveiner またはその他の落33にマウスを配置します。プリアンプ基板を頭段基板の標準アンプ コネクタに挿入します。参考ねじを地面に別のケーブルを使用します。
  2. 拘束された録音のため、落にマウスを移動します。目的の期間 (図 8 a) のデータ集録システムを使用してデータを記録します。
  3. 録音を自由に移動するためには、プリアンプ基板を挿入して、接地基準ネジの後、落からマウスボタンを放します。マウスが自由に行動しながら、データ集録システムを使用しての時間 (図 8 b) の希望の長さの記録。
  4. 記録セッションの終わりには、必要に応じて、落にマウスを置きます。アースを外し、プリアンプは、そのケージに戻ってマウスのボタンをし次の記録セッションまで動物施設にそれを返します。

6. 組織断面、染色、およびイメージ投射

  1. 投与後希望の時間まで待って、マウスを麻酔し、transcardially をホルムアルデヒドと灌流します。削除、凍結、および cryosection 10 μ m の厚さのスライスに脳。免疫組織化学および齧歯動物の脳組織のセクショニングの詳しいプロトコルは、Evilsizor で見つけることができます34
    注: メッシュ エレクトロニクスを含む脳組織が固定し、監視電子が内部に残っていても通常、断面します。これは区分する前に削除する必要がありますしたがって可能性があります変更組織やプローブ組織インターフェイスを分析することは困難は、従来神経プローブと比較してユニークな機能です。
  2. 1x PBS で 3 回冷凍脳切片をすすいでください。
  3. 1x PBS で 0.3% トリトン X-100 と 5% ヤギ血清のソリューションのセクションをブロックします。室温で 1 時間に座ってみましょう。
  4. 一次抗体の解決セクションを孵化させなさい。ウサギ抗 NeuN (希釈 1: 200)、マウス抗ニューロ フィラメント (1: 400 希釈)、0.3% トリトン X-100 と 3% ヤギ血清とラット抗 GFAP (1: 500 希釈) され、ここで使用される一次抗体ソリューション。4 ° C で一晩インキュベートします。
  5. 1x PBS で 40 分の合計のための 9 回のセクションをすすいでください。
  6. 二次抗体の溶液で脳のセクションを孵化させなさい。Alexa Fluor 488 ヤギ抗うさぎ (希釈 1: 200)、Alexa Fluor 568 ヤギ抗マウス (1: 200 希釈)、Alexa Fluor 647 ヤギ抗ラット (希釈 1: 200) され、ここで使用される二次抗体ソリューション。室温で 1 時間セクションを孵化させなさい。
  7. 1x PBS で 30 分の合計のための 9 回のセクションをすすいでください。
  8. Coverslips antifade フィルターとフィルターを使用してスライド ガラスのセクションをマウントします。イメージングの前に少なくとも 24 時間暗闇の中でスライドを残します。
  9. 488 を用いた共焦点顕微鏡でスライドを画像 nm、561 nm と Alexa Fluor 488 の励起源として 633 nm のレーザー、Alexa Fluor 568、Alexa Fluor 647、それぞれ。後続オーバーレイ画像と解析のための同じ顕微鏡画像メッシュ エレクトロニクスに差動干渉の対照 (DIC) を使用します。

Representative Results

結果は、研究対象となる脳の領域、注入からの経過時間、注入、およびプロシージャ、その他の要因の間でのインタ フェース I/O の成功時に急性被害量の動物種によって異なります。単体スパイキング アクティビティが 1 週間後まで 4-6 週間ごと注入とスパイク振幅が異なる場合 (150 μ m の内径針) の場合 1 日まで表示されません。図 9は、海馬と大人の男性 c57bl/6 j マウスの大脳皮質一次体性感覚野に注入 32 ch メッシュ電子プローブから代表的な電気生理学的データを示しています。全 32 チャンネルの約 300 μ V 振幅局所電界電位 (LFPs) を記録し、単体スパイキング活動は 26 チャンネルに記録されました。LFPs と孤立したスパイクは、2 と 4 ヶ月、この期間に長時間記録電子とニューロン間の安定性の高いインターフェイスを示唆している間同じような残った。図 10は、組織切片の代表の結果とメッシュの電子注入後 1 年を含む脳組織の免疫染色を示します。NeuN、神経突起とニューロ フィラメント、神経軸索のマーカーのマーカーの染色メッシュ エレクトロニクスと脳組織の間のシームレスなインタ フェースの意味、注射部位の組織密度ののほとんどの損失を明らかに します。さらに GFAP (アストロ サイトのマーカー) の染色メッシュ電子、その存在が少し慢性的な免疫応答を誘発することを示すの周りのアストロ サイトのバック グラウンドに近いレベルを明らかにします。

Figure 1
図 1: 注射器注射の手順メッシュ エレクトロニクス実験。このプロトコルは、メッシュ エレクトロニクスを用いた典型的な齧歯動物の神経細胞記録実験ですべてのキーの手順を説明します。実験通常伴う、実装、メッシュ エレクトロニクスの作製 (1)、(2) キャピラリー針へメッシュ エレクトロニクスの読み込みの順序でメッシュ電子の脳、メッシュへのインタ フェース (4) 電気 I/O 注入 (3) 脳定位固定装置エレクトロニクス、(5) の抑制または自由に移動録音、(6) メッシュ/組織区分および組織学のための汚損します。いくつかの研究で、手順 (4) と (5) をスキップできます、その場合、組織データのみを必要があります。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 2
図 2: ウルトラフレキシブル デバイス領域 (上段) でプラグ アンド プレイ メッシュ エレクトロニクス製作過程を描いた模式図、幹配線領域 (中段) と I/O 領域 (下の行).(A) SU 8 ネガ型フォトレジスト (赤)、PL マスク - 1 各プラグ アンド プレイ メッシュ電子プローブの層を不動態化下部を定義するパターンします。PL マスク 2、熱蒸発金属リフトオフと (B) のパターン定義 Au 配線や I/O パッド (ゴールド)。PL マスク 3、電子ビーム蒸着、金属リフトオフと (C) パターンは、白金電極 (青) を定義します。(D) SU 8 ネガ型フォトレジスト (赤)、PL マスク - 4 トップのパッシベーション層を定義するパターンします。SU 8 の開口部は、各 pt と I/O パッドで残っています。(E) A の完成品は、上部、中部、下部の行に拡大位置を示す点線のボックスと電子プローブをメッシュします。フォトマスク設計ファイルは著者またはリソース サイトから要求で使用可能な meshelectronics.org。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 3
図 3: 写真やプラグ アンド プレイの光学顕微鏡画像メッシュ エレクトロニクス。(A) プラグ アンド プレイ I/O 付きシリンジ注射メッシュ電子プローブの光学顕微鏡画像を並べて表示します。製造の完了手順を図 2に、Ni 被覆基板からリリースする前にした後、プローブをイメージしました。破線のボックスは左から右ウルトラフレキシブル デバイス領域、幹、および I/O 領域拡大 C、D、および E は、それぞれのセクションに対応しています。スケール バー = 1 ミリメートル。 (B) 完成品 20 を含む 3 インチ Si ウェハの写真メッシュ電子プローブ。スケール バー = 20 mm (C) 光顕微鏡画像ウルトラフレキシブル デバイス領域で 20 μ m 径 Pt 記録電極の。スケールバー = 100 μ m (D) 光顕微鏡画像高密度 Au の配線領域を幹に。各 Au 配線は電気的に絶縁し、単一 Pt 電極を単一の I/O パッドに接続します。スケールバー = 100 μ m (E) 光学顕微鏡画像の I/O パッド。各パッドは、折りたたみ可能なメッシュ領域と茎に位置する連続薄膜領域で構成されています。非伝導性 SU 8 リボンの配置を維持するために一緒にパッドのメッシュ部分に接続します。スケール バー = 200 μ m.この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 4
図 4: 注入時に血管針を保持するための装置の組立。(A) 装置の部品の写真。コンポーネントは、ピペット ホルダーとピペット ホルダー (4) 円錐形洗濯機 (1) ガラス キャピラリー針、ピペット ホルダーの (2)、(3) の円形のねじを。項目 (2) から (4) は、ピペット ホルダーの購入に含まれています。矢印は、エポキシ樹脂で接着する必要があるピペット ホルダーのアウトレットをマークします。(B) アセンブリとガラス キャピラリー針の挿入後ピペット ホルダーの写真。エポキシ添加はピペット ホルダーの (矢印で示されます) の上のコンセントで表示され、キャピラリー チューブは注射器 (表示されていません) にピペット ホルダーを接続します。(C) 写真ピペット ホルダーと直角終了クランプ固定フレームに付着後キャピラリーの針。スケール バーは、1 cmこの図の拡大版を表示するにはここをクリックしてください。

Figure 5
図 5: ガラス針を読み込んでメッシュ エレクトロニクス。(A) プラグ アンド プレイ メッシュ エレクトロニクスのローディングのプロシージャの模式図。ガラス針メッシュ電子プローブの入出力端の近くに配置するとソリューションで中断中。シリンジのプランジャーがメッシュ電子プローブを描画する手動で取り消されたし。針の端のちょうど内側ウルトラフレキシブル デバイス領域は、理想的な位置です。(B) 写真 (A) に対応するガラス針に読み込まれているメッシュ電子プローブの。スケール バー = 2 mm.この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 6
図 6: 定位手術駅のスケマティック。添付ピペット ホルダー付き電動固定装置用フレーム (A) を使用して、必要な脳の領域に針を配置します。読み込まれたメッシュ電子・針の位置が対物レンズで監視カメラ (B) を添付し、コンピューター (C) に表示されます。シリンジ ポンプ (D) は、必要な脳の領域にメッシュ エレクトロニクスの制御、正確な注入を可能にする針を生理食塩水の正確なボリュームを流れています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 7
図 7: プラグ アンド プレイ I/O プロシージャをインタ フェースします。(A)「FFC 基板をクランプ直上に隣接する歯科用セメントで固定されています。(B) プラグ アンド プレイ メッシュ電子てんかん FoV メソッドを使用して必要な脳の領域に注入されます。(C) メッシュの I/O パッド付きの針電子プローブの中でも、基板をクランプ FFC の位置が変更されました。(D) 流れが基板をクランプ FFC に I/O パッドを取り出し針を再開します。(E) I/O パッドは導電面を上に向けて展開し、場所で乾燥させた茎を基準にして曲がって 90 ° です。(F) FFC 基板は、I/O パッドの端から直線 ca。 0.5 mm にハサミでトリミングされます。余分な基板をカット離れて 32 ch ZIF コネクタに挿入できるようにします。(G) I/O パッドは、カスタム プリント基板にマウントされている 32 ch ZIF コネクタに挿入されます。ZIF コネクタ ラッチを閉じた I/O パッドとの接触。(H) ラッチを固めた閉鎖、PCB が頭蓋骨の上に反転され、PCB は歯科用セメントで固定します。() の基板は録音セッション時に簡単なインタ フェースの標準アンプ コネクタ付きコンパクト パッチアンプ用アダプターを形成します。スケール バー = 1 cm.この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 8
図 8: 拘束と自由に移動録音します。記録セッション中に落で男性 c57bl/6 j マウスの (A) の写真。32 チャンネルのプリアンプ基板は、標準的なアンプのコネクタに挿入されています。(B) 自由に移動記録実験中に 32 ch プリアンプ基板と同じマウスの写真。スケール バー = 1 cm.この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 9
図 9: 代表的な神経細胞記録結果。(A) 代表 LFP 32 チャンネルからヒート マップ メッシュ マウス海馬と体性感覚野に注入される電子プローブ。マウスは、2 ヶ月 (上) と (下) の 4 ヶ月投与後にそのケージを自由に探索しながらデータを記録しました。LFP 振幅は右にあるカラー バーによると色分けされています。高域通過フィルター処理されたトレース (ブラック) スパイク活性を示すスペクトロ グラム上の 32 のチャネルごとに重ね。(B) スパイク (A) でプロットされたデータの並べ替え後に分離されました。32 チャンネル両方投与 2 ヶ月後 (上) と 4 ヶ月投与後 (下) の 26 単体スパイキング アクティビティが検出されました。スパイクの各クラスター上の数字は、(A) のチャネル番号に対応しています。この図は、フー、から変更されています。28.この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 10
図 10: 代表的な組織の結果。メッシュ電子水平 (中央のパネル) 内での方向を示す (A) の回路図および矢状面 (底板) 脳スライス。(B) 10 μ m 厚い皮質脳スライス 16 チャネル メッシュ電子プローブの注入後 1 年間の蛍光顕微鏡像。スライスは、NeuN (緑) の immunostained をされています。ニューロ フィラメント (赤) の同じ脳スライス (C) immunostained。(D) GFAP (シアン) の同じ脳スライス immunostained。(E) A の複合画像 (B) (D) をメッシュのエレクトロニクス/組織を示すラベルの付いた NeuN (緑)、ニューロ フィラメント (赤)、GFAP (シアン) とエレクトロニクス (青) をメッシュします。スケール バー = 100 μ m。この図は、Fuから変更されています。27.この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

補助ビデオ 1: 読み込みとソリューションにメッシュ電子の注入を繰り返されるこのファイルをダウンロードするここをクリックしてください

Discussion

製作とメッシュの電子工学の使用のすべてのステップはいくつかは特に重要であるが、重要。彼らのウェハからメッシュ電子を解放する前に、(ステップ 1.6.1) 水溶液中で容易に中断メッシュ表面を酸化する不可欠です。この手順はスキップされます、メッシュは通常困難に、針に読み込む、水の表面に浮く場合は読み込むことができる、彼らはしばしばガラス針の側面に固執場合、大容量を必要とする (> 100 μ L) 注入のため。リリースでは、したがって、通常意味するメッシュを使用できないようにする前に、表面を酸化する障害と製作は最初から再実行必要があります。もう一つの重要なステップは、「幹」〜 90 ° (ステップ 4.3) のインタ フェース I/O 中にメッシュ電子を曲げは。角度が 90 ° 未満の場合、すべて 32 I/O パッドに収まらない ZIF コネクタ;いくつかは挿入、接続されている電極の数を減らすことを許可するように端をカットする必要があります。プロセスは、破壊から幹細胞を防ぐためにゆっくり行う必要があります。

メッシュ エレクトロニクスの設計は、フォトマスクを変更し、図 2で説明した同じ作製手順を使用して様々 な用途にカスタマイズできます。たとえば、図 9にデータを記録するために使用するメッシュ電子プローブはマウス海馬と大脳皮質一次体性感覚野にまたがる 32 の記録電極を持つように設計された、ウルトラフレキシブル メッシュ内電極配置することができます。事実上すべての脳の領域をターゲットに選択または刺激の大きい電極が組み込まれた27をすることができます。同じ基本的なメッシュ構造と作製手順は保持されるが、電極の配置とデザイン研究のニーズを満たすために調整されます。捜査官は、注意を使用する必要があります、し、常にテスト目的の針を修正後の設計を簡単に注入することができます。メッシュ エレクトロニクスの曲げ力学への小変更は、injectability に対する相当な効果を持つことができます。その一例は、横と縦の SU 8 リボンと 45 ° の角度が得られます facilely に注入することができますメッシュ電子プローブが、しわになり、針21を下駄で結果を 90 ° の角度です。

記録電極のインピー ダンス測定のトラブルシューティングに便利です。20 μ m の直径の円形白金電極 1 MΩ PBS29x 1、生体内で1 kHz の周波数で測定した際の近く、インピー ダンスの大きさが必要です。これより大きなインピー ダンス電極がない公開、それがフォトレジスト残渣で汚染されている場合に起こる可能性がありますか、ない電気的に接続を意味します。後者があります、たとえば、ほこり写真マスクの中にある場合 Au で切断で結果の相互接続、PL、またはメッシュの I/O パッドの 1 つに I/O インタ フェースの中に ZIF コネクタのピンが接触しない場合に発生します。インピー ダンスの大きさ約半分の期待値では、チャネルが隣接する 1 つは、互いに平行に 2 つの電極のインピー ダンスの回路を作成するのに短絡する場合があることを示唆しています。トラブルシューティングの中にガイドをとして計測されたインピー ダンス値メッシュ電子プローブ顕微鏡と組み合わせると、問題の原因を通常識別してそれに応じて修正を実行次の製作又は I/O インタ フェースの試み。

急性研究シリンジ注射メッシュの電子機器の使用が限られた単体スパイキング アクティビティが通常 1 週間ポスト注入27日まで見られないという点で (未発表) の最近の作品は、この問題は容易に克服することを示しています。メッシュは、アクティビティのスパイクを参照してくださいに必要な時間の主要決定要因デザイン、組織の損傷の程度に影響を与えるこれらメッシュ電子と一緒に脳と注入用針の直径に注入液量、噴射し治癒率。メッシュ電子ニッケル エッチング液; のリリース前に酸素プラズマで処理されていない場合、大規模な注入量が必要つまり、メッシュが親水性でない場合それはガラス針に付着することができます。時折、メッシュは、それらを注入する困難にする力学を曲げにつながる欠陥を持っています。メッシュの電子工学の読み込み中に、メッシュとして動いている簡単かつスムーズに針内 (補足のビデオ 1で示されている) をチェックすることが重要です。そうでない場合、異なるメッシュ電子プローブを使用する必要があります。注入されたメッシュの長さの 4 mm あたり 10-50 μ L の理想的な注入量にシームレスな神経インタ フェースに対して最適な結果が得られます。最近細かいメッシュ電子プローブにより注入および/またはより小さい直径キャピラリー針 (150 μ m の内径、外径 250 μ m のような小さな) 表示 (急性測定) 注入直後後からスパイクを 1 つの単位を観察できます。長い時代。これらの細かいメッシュ構造のマスク デザイン ファイルが要求やリソースの web サイトから利用可能な meshelectronics.org。当社生体内でメッシュの注入手順の収穫が 150 μ m の内部の直径 (250 μ m 外径と私たちの最近の仕事の 80-90% に近い方が約 70%、400 μ m の内径 (外径 650 μ m) の針を使用して全体的な収量を推定します。) 針。失敗の最も一般的な理由は、I/O プロシージャと (3) との打合せ (1) メッシュの注入がスムーズに脳に必要な手動操作中に (2) メッシュ破損に意外に大きい注入量から脳浮腫の結果注入中に血管を損傷からの出血。注入中に血管を損傷することは稀である (障害の 10% 未満の原因) 減らすことができる、画像誘導手術を使用してさらに。血管の損傷が transfection のためウイルス粒子の噴射、剛体脳プローブの注入とメッシュ電子の注入を含む脳組織の浸透を含むすべてのプロシージャの一般的な制限であることをも注意してください。

メッシュ電子プローブは、それぞれ図 9図 10に示すように安定してから録音し同じ個々 のニューロンのトラック、少なくとも数ヶ月年のタイム スケールのほとんどない慢性の免疫反応を呼び起こすことが。これはよく実験14,の記録を長期にわたってスパイク振幅、不安定なシグナルと慢性的な炎症の減少に苦しむコンベンション深さ電極と比較して重要な利点を表します15しますまた、メッシュ電子が残ってしまう可能性が組織の組織学的断面中に汚損、イメージング、従来のプローブとは対照的であまりにも硬直あるという利点を持ち、したがって組織の前に削除する必要があります。解析。したがって、メッシュ エレクトロニクス各記録サイトを取り巻く細胞環境を正確に勉強する免疫組織化学的解析を使用するユニークな能力を可能にします。

提示プロトコルここ開くまで神経科学における新たな機会をエキサイティングな。低侵襲の配信方法とメッシュ エレクトロニクス脳組織とのシームレスな統合の神経回路への影響を最小限に抑えられます慢性の免疫応答を慢性神経細胞記録実験のほとんどの種類の恩恵を受ける可能性を回避できます。記録し、高齢化など月-年長いプロセスとミリ秒スケール スパイク活性の相関を求めて捜査官に興味の時間の長い期間になります特に同じニューロンを追跡するメッシュ電子機器の能力、脳疾患または脳開発16,18の病因。さらに、そこに存在する実質的な機会を拡張し、デジタル8,35, 多重化のような機能を実装する基板頭段にアクティブな電子機器を追加するなど、このプロトコルをカスタマイズする無線通信35,36,37, と情報処理35、共同組織再生18,38を支援するための電子機器でメッシュ幹細胞またはポリマーを注入 39, と組み込むナノワイヤ電界効果トランジスタ (Fet-北西) にメッシュ電子高度局所と多機能脳プローブ24,29,40,41 ,42

Disclosures

著者が明らかに何もありません。

Acknowledgements

C.M.L. による空軍科学研究局 (FA9550-14-1-0136)、ハーバード大学物理科学と加速器工学賞、国立機関の健康ディレクターのパイオニア賞を受賞 (この作品のサポートを認めています。1DP1EB025835-01) です。 T.G.S. は、国防科学及び工学研究科フェローシップ (NDSEG) プログラムを通じて国防総省 (DoD) によってサポートを認めています。G. h. は、国立健康の国民の協会の老化研究所から独立賞 (親 K99/R00) アメリカ心臓協会 (16POST27250219) と、経路から奨学金サポートを認めています。本研究は、ナノスケール システム (CNS)、メンバーの国家ナノテクノロジー調整インフラストラクチャ ネットワーク (NNCI)、全米科学財団 NSF ECCS 賞号の下でサポートされているのハーバード大学センターで行われました。1541959。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Motorized stereotaxic frame World Precision Instruments MTM-3 For mouse stereotaxic surgery
512-channel recording controller Intan Technologies C3004 A component of the neural recording system
RHD2132 amplifier board Intan Technologies C3314 A component of the neural recording system
RHD2000 3 feet ultra thin SPI interface cable Intan Technologies C3213 A component of the neural recording system
Mouse restrainer Braintree Scientific TV-150 STD Standard 1.25 inch inner diameter; used to restrain the mouse during restrained recording sessions.
Si wafers Nova Electronic Materials 3" P <100> .001-.005 ohm-cm 356-406 μm Thick
Prime Grade SSP Si wafers w/2 Semi-Std. Flats &
6,000 A°±5% Wet Thermal Oxide on both sides.
Photomasks (chrome on soda lime glass) Advance Reproductions Advance Reproductions and other vendors manufacture photomasks from provided design files. Our photomask design files are available by request or from the resource website, meshelectronics.org. Alternatively, some university clean rooms have mask writers for making photomasks on site.
AutoCAD software Autodesk Inc. Design software for drawing photomasks. A free alternative is LayoutEditor. Our photomask design files are available by request or from the resource website, meshelectronics.org.
Thermal evaporator Sharon Vacuum Used to evaporate Ni, Cr, and Au onto mesh electronics during fabrication. Many university clean rooms have this or a similar tool.
SU-8 2000.5 negative photoresist MicroChem Corp. Negative photoresist used to define the bottom and top passivating layers of mesh electronics.
MA6 mask aligner Karl Suss Microtec AG Used to align each photomask to the pattern on the wafer and expose the wafer to UV light. Most university clean rooms have this or a similar tool.
SU-8 developer MicroChem Corp. Used to develop SU-8 negative photoresist following exposure to UV light.
LOR3A lift-off resist MicroChem Corp. Used with Shipley 1805 photoresist to promote undercutting during metal lift-off processes
Shipley 1805 positive photoresist Microposit, The Dow Chemical Company Positive photoresist used to define metal interconnects and Pt electrodes in mesh electronics
MF-CD-26 positive photoresist developer Microposit, The Dow Chemical Company To develop S1805 positive photoresist after exposure in a mask aligner. Many university clean rooms stock this chemical.
Spin coater Reynolds Tech For coating wafers with positive and negative resists. Most university clean rooms have spin coaters.
PJ plasma surface treatment system AST Products, Inc. Used to oxidize the surface of mesh electronics prior to release into aqueous solution. Most university clean rooms have this or a similar tool.
Electron beam evaporator Denton Vacuum For evaporating Cr and Pt during fabrication of mesh electronics. Many university clean rooms have this or a similar tool.
Remover PG MicroChem Corp. Used to dissolve LOR3A and Shipley S1805 resists during metal lift-off
Ferric chloride solution MG Chemicals 415-1L A component of Ni etching solution
36% hydrochloric acid solution Kanto Corp. A component of Ni etching solution
Glass capillary needles Drummond Scientific Co. Inner diameter 0.40 mm, outer diameter 0.65 mm. Other diameters are available.
Micropipette holder U-type Molecular Devices, LLC 1-HL-U Used to hold the glass capillary needles during stereotaxic injection
1 mL syringe NORM-JECT®, Henke Sass Wolf Used for manual loading of mesh electronics into capillary needles
Polyethylene intrademic catheter tubing Becton Dickinson and Company Inner diameter 1.19 mm, outer diameter 1.70 mm
5 mL syringe Becton Dickinson and Company Used in the syringe pump for injection of mesh electronics in vivo
Eyepiece camera Thorlabs Inc. DCC1240C Used to view mesh electronics within capillary needles during injection
ThorCam uc480 image acquisition software for USB cameras Thorlabs Inc. Used to view mesh electronics within capillary needles during injection
Syringe pump Harvard Apparatus PHD 2000 Used to flow precise volumes of solution through capillary needles during injection of mesh electronics
EXL-M40 dental drill Osada 3144-830 For drilling the craniotomy
0.9 mm drill burr Fine Science Tools 19007-09 For drilling the craniotomy
Hot bead sterilizer 14 cm Fine Science Tools 18000-50 Used to sterlize surgical instruments
CM1950 cryosectioning instrument Leica Microsystems Used to slice frozen tissue into sections. Many universities have this or a similar tool available in a shared facility.
0.3% Triton x-100 Life Technologies Used for histology
5% goat serum Life Technologies Used for histology
3% goat serum Life Technologies Used for histology
Rabbit anti-NeuN Abcam ab177487 Used for histology
Mouse anti-Neurofilament Abcam ab8135 Used for histology
Rat anti-GFAP Thermo Fisher Scientific Inc. PA516291 Used for histology
ProLong Gold Antifade Mountant Thermo Fisher Scientific Inc. P36930 Used for histology
Poly-D-lysine Sigma-Aldrich Corp. P6407-5MG Molecular weight = 70-150 kDA
Right-angle end clamp Thorlabs Inc. RA180/M Used to attach the pipette holder to the stereotaxic frame
Printed circuit board (PCB) Advanced Circuits Used to interface between mesh electronics and peripheral measurement electronics such as the Intan recording system. Advanced Circuits and other vendors manufacture and assemble PCBs based on provided design files. Our PCB design files are available by request or at the resource site meshelectronics.org
32-channel standard amplifier connector Omnetics Connector Corp. A79024-001 Component assembled onto the PCB
32-channel flat flexible cable (FFC) Molex, LLC 152660339 Used as a clamping substrate when interfacing to mesh electronics I/O pads with the PCB-mounted ZIF connector
32-channel zero insertion force (ZIF) connector Hirose Electric Co., LTD FH12A-32S-0.5SH(55) Component assembled onto the PCB

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References

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