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Neste Artigo

  • Resumo
  • Resumo
  • Introdução
  • Protocolo
  • Resultados
  • Discussão
  • Divulgações
  • Agradecimentos
  • Materiais
  • Referências
  • Reimpressões e Permissões

Resumo

Aqui, descrevemos a metodologia de fabricação para matrizes de eletrodos de fibra de carbono personalizáveis para gravação in vivo no nervo e no cérebro.

Resumo

As sondas nervosas periféricas convencionais são fabricadas principalmente em uma sala de limpeza, exigindo o uso de múltiplas ferramentas caras e altamente especializadas. Este artigo apresenta um processo de fabricação "leve" de matrizes de eletrodos neurais de fibra de carbono que podem ser aprendidas rapidamente por um usuário de sala de limpeza inexperiente. Este processo de fabricação de matriz de eletrodos de fibra de carbono requer apenas uma ferramenta de limpeza, uma máquina de deposição Parylene C, que pode ser aprendida rapidamente ou terceirizada para uma instalação de processamento comercial a um custo marginal. Este processo de fabricação também inclui placas de circuito impresso de preenchimento manual, isolamento e otimização de ponta.

As três diferentes otimizações de ponta exploradas aqui (laser Nd:YAG, maçarico e laser UV) resultam em uma gama de geometrias de ponta e impedâncias de 1 kHz, com fibras maçaricos resultando na menor impedância. Embora experimentos anteriores tenham comprovado a eficácia do eletrodo de laser e maçarico, este artigo também mostra que fibras cortadas a laser UV podem registrar sinais neurais in vivo. Os arrays de fibra de carbono existentes não possuem eletrodos individuados em favor de pacotes ou exigem guias fabricadas para a população e isolamento. Os arrays propostos utilizam apenas ferramentas que podem ser usadas em um banco para a população de fibras. Este processo de fabricação de matriz de eletrodos de fibra de carbono permite a rápida personalização da fabricação de matriz a granel a um preço reduzido em comparação com as sondas disponíveis comercialmente.

Introdução

Grande parte da pesquisa em neurociência se baseia no registro de sinais neurais usando eletrofisiologia (ePhys). Esses sinais neurais são cruciais para entender as funções das redes neurais e novos tratamentos médicos, como máquina cerebral e interfaces nervosas periféricas1,2,3,4,5,6. Pesquisas em torno de nervos periféricos exigem eletrodos de gravação neural feitos sob medida ou comercialmente disponíveis. A gravação neural de eletrodos-ferramentas exclusivas com dimen....

Protocolo

Todos os procedimentos animais foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade de Michigan.

1. Escolher uma matriz de fibra de carbono

  1. Escolha uma placa de circuito impresso (PCB) de um dos três desenhos mostrados na Figura 1.
    NOTA: Para este protocolo, Flex Arrays será o foco.
    1. Consulte os projetos de PCB no site do Chestek Lab (https://chestekresearch.engin.umich.edu), gratuitamente e pronto para ser enviado e encomendado para impressão através de uma gráfica PCB.
    2. Consulte a Tabela 1 para obter um resumo do....

Resultados

Validação da dica: Imagens SEM
Trabalhos anteriores20 mostraram que o corte da tesoura resultou em impedâncias não confiáveis como Parileno C dobrado em todo o local de gravação. O corte da tesoura é usado aqui apenas para cortar fibras ao comprimento desejado antes de processar com um método adicional de corte de acabamento. Foram utilizadas imagens SEM das pontas para determinar o comprimento de carbono exposto e a geometria da ponta (Figura 8

Discussão

Substituições de materiais
Embora todos os materiais utilizados sejam resumidos na Tabela de Materiais, muito poucos dos materiais são necessários para vir de fornecedores específicos. O quadro Flex Array deve vir do fornecedor listado, pois eles são a única empresa que pode imprimir a placa flexível. O conector Flex Array também deve ser encomendado do fornecedor listado por ser um conector proprietário. O parileno C é altamente recomendado como o material de isolamento pa.......

Divulgações

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Agradecimentos

Este trabalho foi apoiado financeiramente pelos Institutos Nacionais de Distúrbios Neurológicos e AVC (UF1NS107659 e UF1NS115817) e pela Fundação Nacional de Ciência (1707316). Os autores reconhecem o apoio financeiro da Faculdade de Engenharia da Universidade de Michigan e o apoio técnico do Michigan Center for Materials Characterization e do Van Vlack Undergraduate Laboratory. Os autores agradecem ao Dr. Khalil Najafi pelo uso de seu laser Nd:YAG e da Lurie Nanofabrication Facility pelo uso de sua máquina de deposição Parylene C. Também gostaríamos de agradecer à Specialty Coating Systems (Indianápolis, IN) por sua ajuda no estudo de comparação de revestimento comer....

Materiais

NameCompanyCatalog NumberComments
3 prong clams05-769-6QFisherQty: 2
Unit Cost (USD): 20
3,4-ethylenedioxythiophene (25 g)
(PEDOT)		96618Sigma-AldrichQty: 1
Unit Cost (USD): 102
353ND-T Epoxy (8oz)++
(ZIF and Wide Board Only)		353ND-T/8OZEpoxy TechnologyQty: 1
Unit Cost (USD): 48
Ag/AgCl (3M NaCl) Reference Electrode (pack of 3)50-854-570FisherQty: 1
Unit Cost (USD): 100
AutolabPGSTAT12Metrohm
Blowtorch1WG61GraingerQty: 1
Unit Cost (USD): 36
Carbon FibersT-650/35 3KCytec ThornelQty: 1
Unit Cost (USD): n/a
Carbon tapeNC1784521FisherQty: 1
Unit Cost (USD): 27
Cotton Tipped ApplicatorWOD1002MediChoiceQty: 1
Unit Cost (USD): 0.57
Delayed Set Epoxy++1FBG8GraingerQty: 1
Unit Cost (USD): 3
DI Watern/an/aQty: n/a
Unit Cost (USD): n/a
Dumont Tweezers #550-822-409FisherQty: 1
Unit Cost (USD): 73
Flex Array**n/aMicroConnexQty: 1
Unit Cost (USD): 68
FluxSMD291ST8CCDigiKeyQty: 1
Unit Cost (USD): 13
Glass Capillaries (pack of 350)50-821-986FisherQty: 1
Unit Cost (USD): 60
Glass Dishn/an/aQty: 1
Unit Cost (USD): n/a
Hirose Connector
(ZIF Only)		H3859CT-NDDigiKeyQty: 2
Unit Cost (USD): 2
Light-resistant Glass Bottlen/aFisherQty: 1
Unit Cost (USD): n/a
Micropipette Heating FilimentFB315BSutter Instrument CoQty: 1
Unit Cost (USD): n/a
Micropipette PullerP-97Sutter Instrument CoQty: 1
Unit Cost (USD): n/a
Nitrile Gloves (pack of 200)19-041-171CFisherQty: 1
Unit Cost (USD): 47
Offline Sorter softwaren/aPlexonQty: 1
Unit Cost (USD): n/a
Omnetics Connector*
(Flex Array Only)		A79025-001Omnetics IncQty: 1
Unit Cost (USD): 35
Omnetics Connector*
(Flex Array Only)		A79024-001Omnetics IncQty: 1
Unit Cost (USD): 35
Omnetics to ZIF connectorZCA-OMN16Tucker-Davis TechnologiesQty: 1
Unit Cost (USD): n/a
Pin Terminal Connector
(Wide Board Only)		ED11523-NDDigiKeyQty: 16
Unit Cost (USD): 10
Probe storage boxG2085MelmatQty: 1
Unit Cost (USD): 2
Razor Blade4A807GraingerQty: 1
Unit Cost (USD): 2
SEM post16327lnfQty: 1
Unit Cost (USD): 3
Silver Epoxy (1oz)++H20E/1OZEpoxy TechnologyQty: 1
Unit Cost (USD): 125
Silver GND REF wires50-822-122FisherQty: 1
Unit Cost (USD): 423.2
Sodium p-toulenesulphonate(pTS)- 100g152536Sigma-AldrichQty: 1
Unit Cost (USD): 59
Solder24-6337-9703DigiKeyQty: 1
Unit Cost (USD): 60
Soldering Iron TipT0054449899N-NDDigikeyQty: 1
Unit Cost (USD): 13
Soldering StationWD1002N-NDDigikeyQty: 1
Unit Cost (USD): 374
SpotCure-B UV LED Cure Systemn/aFusionNet LLCQty: 1
Unit Cost (USD): 895
Stainless steel rodn/an/aQty: 1
Unit Cost (USD): n/a
Stir Platen/aFisherQty: 1
Unit Cost (USD): n/a
Surgical Scissors08-953-1BFisherQty: 1
Unit Cost (USD): 100
TDT Shroud
(ZIF Only)		Z3_ZC16SHRD_RSNTDTQty: 1
Unit Cost (USD): 3.5
Teflon Tweezers50-380-043FisherQty: 1
Unit Cost (USD): 47
UV & Visible Light Safety Glassees92522LoctiteQty: 1
Unit Cost (USD): 45
UV Epoxy (8oz)++
(Flex Array Only)		OG142-87/8OZEpoxy TechnologyQty: 1
Unit Cost (USD): 83
UV Lasern/aWERQty: 1
Unit Cost (USD): 30
Weigh boat
(pack of 500)		08-732-112FisherQty: 1
Unit Cost (USD): 58
Wide Board+n/aAdvanced CircuitsQty: 1
Unit Cost (USD): 3
ZIF Active HeadstageZC16Tucker-Davis TechnologiesQty: 1
Unit Cost (USD): 925
ZIF Passive HeadstageZC16-PTucker-Davis TechnologiesQty: 1
Unit Cost (USD): 625
ZIF*n/aCoast to Coast CircuitsQty: 1
Unit Cost (USD): 9

Referências

  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.

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