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オープンソースツールキット:神経記録用のベンチトップカーボンファイバーマイクロ電極アレイ
要約
ここでは、神経および脳における 生体内で 記録するためのカスタマイズ可能な炭素繊維電極アレイの作製方法論について説明する。
要約
従来の末梢神経プローブは、主にクリーンルームで製造されており、高価で高度に専門化された複数のツールを使用する必要があります。この論文は、経験の浅いクリーンルームユーザーが迅速に学ぶことができる炭素繊維神経電極アレイのクリーンルーム「光」製造プロセスを提示する。この炭素繊維電極アレイ製造プロセスに必要なクリーンルームツールはパリレンC蒸着機で、迅速に習得することも、限界費用で商業加工施設に委託することもできます。この製造プロセスには、プリント回路基板の手作業による実装、絶縁、チップの最適化も含まれます。
ここで検討した3つの異なる先端最適化(Nd:YAGレーザー、ブロートーチ、UVレーザー)により、さまざまな先端形状と1kHzのインピーダンスが得られ、ブロートーチされたファイバはインピーダンスが最も低くなります。これまでの実験ではレーザーとブロートーチ電極の有効性が証明されていますが、この論文では、UVレーザーカットファイバーが 生体内で神経信号を記録できることも示しています。既存の炭素繊維アレイは、バンドルに有利な個別の電極を持たないか、または人口と断熱のためにクリーンルームで製造されたガイドを必要とします。提案されたアレイは、ファイバーの集合のためにベンチトップで使用できるツールのみを使用します。この炭素繊維電極アレイ製造プロセスにより、市販のプローブと比較して低価格でバルクアレイ製造の迅速なカスタマイズが可能になります。
概要
神経科学研究の多くは、電気生理学(ePhys)を使用して神経信号を記録することに依存しています。これらの神経信号は、ニューラルネットワークの機能や、脳機械や末梢神経インターフェースなどの新しい治療法を理解するために不可欠です1,2,3,4,5,6。末梢神経を取り巻く研究には、カスタムメイドまたは市販の神経記録電極が必要です。ミクロンスケールの寸法と壊れやすい材料を備えたユニークなツールである神経記録電極は、製造するための特別なスキルと機器のセットを必要とします。特定の最終用途向けにさまざまな特殊なプローブが開発されています。しかし、これは、実験が現在入手可能な市販のプローブを中心に設計されなければならないか、または実験室が特殊なプローブの開発に投資しなければならないことを意味し、これは長いプロセスである。末梢神経における多種多様な神経研究のために、汎用性の高いePhysプローブ4,7,8<....
プロトコル
すべての動物処置は、ミシガン大学機関動物ケアおよび使用委員会によって承認されました。
1. 炭素繊維アレイの選択
- プリント基板(PCB)は、 図1に示す3つの設計のいずれかから選択します。
メモ: このプロトコルでは、Flex 配列が焦点となります。- Chestek Labのウェブサイト(https://chestekresearch.engin.umich.edu)のPCB設計を参照し、無料でPCB印刷所に送信し、PCB印刷所を通じて印刷を注文する準備ができています。
- 各ボードのコネクタの概要とその仕様については、 表 1 を参照して、 特定の実験セットアップで動作するコネクタの選択に役立ててください。
2. コネクタを回路基板にはんだ付けする
- はんだごてを 315 °C (600 °F) に設定します。
- PCB上のすべてのはんだ付けパッドにフラックスを塗布します。
注:チューブ内のフラックスはパッド全体に絞ることができますが、ポット内のフラックスは、すべてのパッドにフラックスを自由に塗り付けることによって、綿の先....
結果
ヒント検証: SEM 画像
以前の研究20 では、パリレンCが記録サイトを横切って折り畳まれたため、はさみの切断によってインピーダンスが信頼できないことがわかっていました。ここでは、シザー切断は、追加の仕上げ切断方法で加工する前に、繊維を所望の長さに切断する場合にのみ使用されます。チップのSEM画像を使用して、露出した炭素の長さとチップの.......
ディスカッション
材料代替
使用されるすべての材料は 材料表に要約されていますが、特定のベンダーからのものである必要がある材料はほとんどありません。Flex Arrayボードは、フレキシブルボードを印刷できる唯一の会社であるため、上場ベンダーから入手する必要があります。Flex Array コネクタは、独自のコネクタであるため、リストされているベンダーからも注文する必要が?.......
開示事項
著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。
謝辞
この研究は、国立神経疾患・脳卒中研究所(UF1NS107659およびUF1NS115817)および米国国立科学財団(1707316)から財政的に支援された。著者らは、ミシガン大学工学部からの財政的支援と、ミシガン材料特性評価センターとVan Vlack学部研究所からの技術支援を認めている。著者らは、ハリール・ナジャフィ博士のNd:YAGレーザーの使用と、パリレンC蒸着装置の使用のためのLurie Nanofabrication Facilityに感謝する。また、Specialty Coating Systems(インディアナ州インディアナポリス)が商業コーティング比較研究に協力してくれたことにも感謝します。
....資料
| 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 |
参考文献
- Szostak, K. M., Grand, L., Constandinou, T. G. Neural interfaces for intracortical recording: Requirements, fabrication methods, and characteristics. Frontiers in Neuroscience. 11, 665 (2017).
- Cunningham, J. P., et al.
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