Name: syringe-injectable mesh electronics for stable chronic rodent electrophysiology
Uploaded: 2018-07-21T14:30:00
Duration: 9 min 58 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Syringe-injectable Mesh Electronics for Stable Chronic Rodent Electrophysiology at JoVE.com

C.M.L. erkent ondersteuning van dit werk door de Air Force Office voor wetenschappelijk onderzoek (FA9550-14-1-0136), een Harvard University Physical Sciences en Engineering Accelerator award en een nationale instituten van gezondheid directeur van Pioneer Award) 1DP1EB025835-01). T.G.S. erkent ondersteuning door het ministerie van defensie (DoD) door middel van het National Defense Science & Engineering Graduate Fellowship (NDSEG) programma. G.H. erkent fellowship steun van de American Heart Association (16POST27250219) en het traject naar Independence Award (bovenliggende K99/R00) van het National Institute on Aging van de National Institutes of Health. Dit werk werd uitgevoerd ten dele aan de Harvard University Center voor nanoschaal systemen (CNS), een lid van de nationale nanotechnologie gecoördineerde infrastructuur netwerk (NNCI), die wordt ondersteund door de National Science Foundation onder NSF ECCS Award nr. 1541959.

<ol>
	<li>Lopes da Silva, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EEG+and+MEG:+relevance+to+neuroscience.">EEG and MEG: relevance to neuroscience.</a> Neuron. 80 (5), 1112-1128 (2013).</li><li>Logothetis, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+we+can+do+and+what+we+cannot+do+with+fMRI.">What we can do and what we cannot do with fMRI.</a> Nature. 453 (7197), 869-878 (2008).</li><li>Seymour, J. P., Wu, F., Wise, K. D., Yoon, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=State-of-the-art+MEMS+and+microsystem+tools+for+brain+research.">State-of-the-art MEMS and microsystem tools for brain research.</a> Microsystems &amp; Nanoengineering. 3, 16066 (2017).</li><li>Buzsaki, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Rhythms of the Brain. , (2006).</li><li>Khodagholy, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NeuroGrid:+recording+action+potentials+from+the+surface+of+the+brain.">NeuroGrid: recording action potentials from the surface of the brain.</a> Nature Neuroscience. , (2014).</li><li>Hamel, E. J., Grewe, B. F., Parker, J. G., Schnitzer, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellular+level+brain+imaging+in+behaving+mammals:+an+engineering+approach.">Cellular level brain imaging in behaving mammals: an engineering approach.</a> Neuron. 86 (1), 140-159 (2015).</li><li>Jun, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fully+integrated+silicon+probes+for+high-density+recording+of+neural+activity.">Fully integrated silicon probes for high-density recording of neural activity.</a> Nature. 551 (7679), 232-236 (2017).</li><li>Berenyi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale,+high-density+(up+to+512+channels)+recording+of+local+circuits+in+behaving+animals.">Large-scale, high-density (up to 512 channels) recording of local circuits in behaving animals.</a> Journal of Neurophysiology. 111 (5), 1132-1149 (2014).</li><li>Scholvin, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Close-Packed+Silicon+Microelectrodes+for+Scalable+Spatially+Oversampled+Neural+Recording.">Close-Packed Silicon Microelectrodes for Scalable Spatially Oversampled Neural Recording.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 63 (1), 120-130 (2016).</li><li>Schiller, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Central+Visual+System.">The Central Visual System.</a> Vision Research. 26 (9), 1351-1386 (1986).</li><li>Benabid, A. L., Chabardes, S., Mitrofanis, J., Pollak, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+brain+stimulation+of+the+subthalamic+nucleus+for+the+treatment+of+Parkinson's+disease.">Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus for the treatment of Parkinson's disease.</a> The Lancet Neurology. 8 (1), 67-81 (2009).</li><li>Hochberg, L. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reach+and+grasp+by+people+with+tetraplegia+using+a+neurally+controlled+robotic+arm.">Reach and grasp by people with tetraplegia using a neurally controlled robotic arm.</a> Nature. 485 (7398), 372-375 (2012).</li><li>Lebedev, M. A., Nicolelis, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain-Machine+Interfaces:+From+Basic+Science+to+Neuroprostheses+and+Neurorehabilitation.">Brain-Machine Interfaces: From Basic Science to Neuroprostheses and Neurorehabilitation.</a> Physiological Reviews. 97 (2), 767-837 (2017).</li><li>Polikov, V. S., Tresco, P. A., Reichert, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+of+brain+tissue+to+chronically+implanted+neural+electrodes.">Response of brain tissue to chronically implanted neural electrodes.</a> Journal of Neuroscience Methods. 148 (1), 1-18 (2005).</li><li>Perge, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intra-day+signal+instabilities+affect+decoding+performance+in+an+intracortical+neural+interface+system.">Intra-day signal instabilities affect decoding performance in an intracortical neural interface system.</a> Journal of Neural Engineering. 10 (3), 036004 (2013).</li><li>Hong, G., Yang, X., Zhou, T., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mesh+electronics:+a+new+paradigm+for+tissue-like+brain+probes.">Mesh electronics: a new paradigm for tissue-like brain probes.</a> Current Opinion in Neurobiology. 50, 33-41 (2017).</li><li>Dai, X., Hong, G., Gao, T., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mesh+Nanoelectronics:+Seamless+Integration+of+Electronics+with+Tissues.">Mesh Nanoelectronics: Seamless Integration of Electronics with Tissues.</a> Accounts of Chemical Research. 51 (2), 309-318 (2018).</li><li>Feiner, R., Dvir, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue-electronics+interfaces:+from+implantable+devices+to+engineered+tissues.">Tissue-electronics interfaces: from implantable devices to engineered tissues.</a> Nature Reviews Materials. 3 (1), 17076 (2017).</li><li>Kandel, E. R., Schwartz, J. H., Jessell, T. M., Siegelbaum, S. A., Hudspeth, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles of Neural Science. , (2013).</li><li>Rousche, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+polyimide-based+intracortical+electrode+arrays+with+bioactive+capability.">Flexible polyimide-based intracortical electrode arrays with bioactive capability.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 48 (3), 361-371 (2001).</li><li>Liu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Syringe-injectable+electronics.">Syringe-injectable electronics.</a> Nature Nanotechnology. 10 (7), 629-636 (2015).</li><li>Kasthuri, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Saturated+Reconstruction+of+a+Volume+of+Neocortex.">Saturated Reconstruction of a Volume of Neocortex.</a> Cell. 162 (3), 648-661 (2015).</li><li>Saxena, T., Bellamkonda, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+sensor+web+for+neurons.">A sensor web for neurons.</a> Nature Materials. 14, 1190-1191 (2015).</li><li>Xie, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+macroporous+nanoelectronic+networks+as+minimally+invasive+brain+probes.">Three-dimensional macroporous nanoelectronic networks as minimally invasive brain probes.</a> Nature Materials. 14 (12), 1286-1292 (2015).</li><li>Hong, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Syringe+Injectable+Electronics:+Precise+Targeted+Delivery+with+Quantitative+Input/Output+Connectivity.">Syringe Injectable Electronics: Precise Targeted Delivery with Quantitative Input/Output Connectivity.</a> Nano Letters. 15 (10), 6979-6984 (2015).</li><li>Zhou, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Syringe-injectable+mesh+electronics+integrate+seamlessly+with+minimal+chronic+immune+response+in+the+brain.">Syringe-injectable mesh electronics integrate seamlessly with minimal chronic immune response in the brain.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 114 (23), 5894-5899 (2017).</li><li>Fu, T. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stable+long-term+chronic+brain+mapping+at+the+single-neuron+level.">Stable long-term chronic brain mapping at the single-neuron level.</a> Nature Methods. 13 (10), 875-882 (2016).</li><li>Fu, T. M., Hong, G., Viveros, R. D., Zhou, T., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+scalable+multichannel+mesh+electronics+for+stable+chronic+brain+electrophysiology.">Highly scalable multichannel mesh electronics for stable chronic brain electrophysiology.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 114 (47), E10046-E10055 (2017).</li><li>Schuhmann, T. G., Yao, J., Hong, G., Fu, T. M., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Syringe-Injectable+Electronics+with+a+Plug-and-Play+Input/Output+Interface.">Syringe-Injectable Electronics with a Plug-and-Play Input/Output Interface.</a> Nano Letters. 17 (9), 5836-5842 (2017).</li><li>Geiger, B. M., Frank, L. E., Caldera-Siu, A. D., Pothos, E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Survivable+stereotaxic+surgery+in+rodents.">Survivable stereotaxic surgery in rodents.</a> Journal of Visualized Experiments. (20), (2008).</li><li>Kirby, E. D., Jensen, K., Goosens, K. A., Kaufer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stereotaxic+surgery+for+excitotoxic+lesion+of+specific+brain+areas+in+the+adult+rat.">Stereotaxic surgery for excitotoxic lesion of specific brain areas in the adult rat.</a> Journal of Visualized Experiments. (65), e4079 (2012).</li><li>Gage, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surgical+implantation+of+chronic+neural+electrodes+for+recording+single+unit+activity+and+electrocorticographic+signals.">Surgical implantation of chronic neural electrodes for recording single unit activity and electrocorticographic signals.</a> Journal of Visualized Experiments. (60), (2012).</li><li>. Lab Animal Research. Rodent Handling and Restraint Techniques Available from: <a target="_blank" href="https://www.jove.com/science-education/10221/rodent-handling-and-restraint-techniques">https://www.jove.com/science-education/10221/rodent-handling-and-restraint-techniques</a> (2018)</li><li>Evilsizor, M. N., Ray-Jones, H. F., Lifshitz, J., Ziebell, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Primer+for+immunohistochemistry+on+cryosectioned+rat+brain+tissue:+example+staining+for+microglia+and+neurons.">Primer for immunohistochemistry on cryosectioned rat brain tissue: example staining for microglia and neurons.</a> Journal of Visualized Experiments. 10 (99), e52293 (2015).</li><li>Sodagar, A. M., Perlin, G. E., Yao, Y., Najafi, K., Wise, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Implantable+64-Channel+Wireless+Microsystem+for+Single-Unit+Neural+Recording.">An Implantable 64-Channel Wireless Microsystem for Single-Unit Neural Recording.</a> IEEE Journal of Solid-State Circuits. 44 (9), 2591-2604 (2009).</li><li>Wentz, C. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+wirelessly+powered+and+controlled+device+for+optical+neural+control+of+freely-behaving+animals.">A wirelessly powered and controlled device for optical neural control of freely-behaving animals.</a> Journal of Neural Engineering. 8 (4), 046021 (2011).</li><li>Harrison, R. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wireless+neural+recording+with+single+low-power+integrated+circuit.">Wireless neural recording with single low-power integrated circuit.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 17 (4), 322-329 (2009).</li><li>Landa, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+injectable+alginate+implant+on+cardiac+remodeling+and+function+after+recent+and+old+infarcts+in+rat.">Effect of injectable alginate implant on cardiac remodeling and function after recent and old infarcts in rat.</a> Circulation. 117 (11), 1388-1396 (2008).</li><li>Griffin, D. R., Weaver, W. M., Scumpia, P. O., Di Carlo, D., Segura, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accelerated+wound+healing+by+injectable+microporous+gel+scaffolds+assembled+from+annealed+building+blocks.">Accelerated wound healing by injectable microporous gel scaffolds assembled from annealed building blocks.</a> Nature Materials. 14 (7), 737-744 (2015).</li><li>Zhang, A., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nano-Bioelectronics.">Nano-Bioelectronics.</a> Chemical Reviews. 116 (1), 215-257 (2016).</li><li>Zhou, W., Dai, X., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+nanowire+bioelectronics.">Advances in nanowire bioelectronics.</a> Reports on Progress in Physics. 80 (1), 016701 (2017).</li><li>Dai, X., Zhou, W., Gao, T., Liu, J., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+mapping+and+regulation+of+action+potential+propagation+in+nanoelectronics-innervated+tissues.">Three-dimensional mapping and regulation of action potential propagation in nanoelectronics-innervated tissues.</a> Nature Nanotechnology. 11 (9), 776-782 (2016).</li></ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Alle stappen in de fabricage en het gebruik van mesh elektronica zijn belangrijk, maar enkelen staan vooral kritisch tegenover. Voor het vrijgeven van de elektronica van de maaswijdte van hun wafel, is het essentieel om te oxideren van het oppervlak te maken van de mazen gemakkelijk geschorst in waterige oplossing (stap 1.6.1). Als deze stap wordt overgeslagen en de mazen meestal op het oppervlak van het water drijven, waardoor ze moeilijk te laden in de naalden, als zij geladen worden kunnen, ze vaak aan de zijkanten van de naalden van glas vasthouden, waarvoor grote hoeveelheden (> 100 µL) voor de injectie. Falen om te oxideren van het oppervlak, voordat de release, dus houdt meestal in dat de mazen kunnen niet worden gebruikt en de fabricage moeten opnieuw uitgevoerd vanaf het begin. Een andere belangrijke stap is het buigen van de mesh-elektronica "stammen" tot ~ 90° tijdens de I/O interfacing (stap 4.3). Als de hoek wordt minder dan 90°, zal dan alle 32 I/O pads niet passen in de ZIF-connector; Sommige zullen hebben tot het einde toe de toevoeging, vermindering van het aantal aangesloten elektroden worden afgesneden. Het proces moet ook voorzichtig worden gedaan om te voorkomen dat de stengel breken.
Het ontwerp van mesh elektronica kan worden aangepast voor verschillende toepassingen door de fotomaskers wijzigen en het gebruik van de dezelfde fabricage-procedure die wordt beschreven in Figuur 2. Bijvoorbeeld, terwijl de mesh elektronica sondes gebruikt voor de registratie van de gegevens in afbeelding 9 zijn ontworpen om 32 opname elektroden span de muis hippocampus en primaire Somatosensorische cortex, kan de plaatsing van de elektroden binnen het ultraflexible net worden geselecteerd te richten op vrijwel elke hersenen regio('s) of grotere elektroden voor stimulatie kunnen worden opgenomen27. Dezelfde fundamentele mesh structuur en fabricage procedure blijven behouden, maar de elektrode plaatsing en het ontwerp worden aangepast om te voldoen aan de eisen van de studie. Onderzoekers moeten voorzichtig, echter, en altijd test dat gewijzigde ontwerpen gemakkelijk kunnen worden geïnjecteerd door de beoogde naalden. Kleine aanpassingen aan de buigende mechanica van mesh elektronica kan aanzienlijke gevolgen hebben voor injectiecapaciteit. Een voorbeeld hiervan is dat een hoek van 45° tussen transversale en longitudinale SU-8 linten levert een mesh elektronica sonde die facilely kan worden geïnjecteerd maar een hoek van 90° resulteert in dat verfrommelt en klompen naalden21.
Het meten van de impedantie van de elektroden van de opname is nuttig voor het oplossen van problemen. Een 20-µm diameter circulaire Pt-elektrode moet een impedantie omvang in de buurt van 1 MΩ gemeten met een frequentie van 1 kHz in vivo of in 1 x PBS29. Een impedantie aanzienlijk groter dan dit impliceert dat de elektrode is niet blootgesteld, zoals kan gebeuren als het wordt verontreinigd met fotoresist residu, of niet elektrisch verbonden. Dit kan zich voordoen als, bijvoorbeeld, is er stof op de foto masker tijdens PL dat resultaten in een discrepantie in de Au interconnects, of als een van de mesh I/O pads is niet gecontacteerd door de ZIF-connector pinnen tijdens I/O interfacing. Een impedantie grootte ruwweg de helft van de verwachte waarde suggereert dat het kanaal kan worden kortgesloten met de aangrenzende, het creëren van een circuit van de twee impedances van de elektrode in parallel aan elkaar. De impedantie van de gemeten waarden fungeren als leidraad bij het oplossen van problemen; gecombineerd met de optische microscopie van de mesh elektronica sondes, de bron van het probleem kan meestal worden opgespoord en dienovereenkomstig gecorrigeerd in de volgende fabricage uitvoeren of I/O interfacing poging.
Het gebruik van spuit-injectable mesh elektronica voor acute studies is beperkt in dat single-eenheid blancobepalingen activiteit meestal niet tot 1 week post injectie27 waargenomen wordt, hoewel recente werk (niet uitgegeven) toont aan dat dit probleem gemakkelijk is overwonnen. Belangrijke determinanten van de tijd die nodig is om te zien de Maas stekelige activiteit zijn ontwerp, de hoeveelheid vloeistof die geïnjecteerd in de hersenen samen met mesh elektronica, en de diameter van de naald gebruikt voor injectie, zoals deze van invloed zijn op de mate van weefselbeschadiging tijdens de injectie en de snelheid van genezing. Grote injectie volumes kunnen worden verlangd als de mesh-elektronica niet behandeld met zuurstof plasma voorafgaand aan de release in Ni etchant; dat wil zeggen, als het net niet hydrofiele, kan het voldoen aan de glazen naald. Soms hebben de mazen gebreken die leiden tot het buigen van de mechanica, waardoor ze moeilijk te injecteren. Tijdens het laden van de mesh-elektronica is het belangrijk om te controleren dat mazen gaan gemakkelijk en soepel binnen de naald (zoals weergegeven in aanvullende Video 1). Als dat niet het geval is, een verschillende mesh elektronische sonde moet worden gebruikt. Beste resultaten voor naadloze neurale interfacing zullen met de ideale injectie hoeveelheid 10 – 50 µL per 4 mm met ingespoten mesh lengte bereikt worden. Meer recente resultaten met fijnere mazen elektronica sondes geïnjecteerd en/of kleinere diameter capillaire naalden (zo klein als 150 µm binnendiameter, 250 µm buitendiameter) laten zien dat stekelige eenheid kan worden waargenomen vanuit kort na de injectie (acute metingen) door langere tijden. Masker ontwerp bestanden voor deze fijnere mazen structuren zijn beschikbaar op aanvraag of op de website van de resource, meshelectronics.org. We schatten het totale rendement van onze in-vivo mesh injectie procedures gebruik van 400 µm binnendiameter (buitendiameter 650 µm) naalden op ongeveer 70%, hoewel de opbrengst dichter bij 80-90% van onze recentere werk met 150 µm binnendiameter (250 µm buitendiameter is ) naalden. De meest voorkomende redenen voor mislukking zijn (1) dat het net niet soepel, doet injecteren resulterend in hersenen oedeem van onverwacht groot injectie volumes in de hersenen, (2) mesh breuk tijdens de manuele manipulatie vereist in de I/O interface procedure, en (3) bloeden uit de beschadiging van een bloedvat tijdens de injectie. Beschadiging van een bloedvat tijdens de injectie is zeldzaam (de oorzaak van minder dan 10% van mislukkingen) en zouden kunnen worden verminderd verder met behulp van beeld-geleide operatie. We constateren ook dat beschadiging van bloedvaten een gemeenschappelijke beperking van alle procedures waarbij penetratie van het hersenweefsel is, met inbegrip van de injectie van virale deeltjes voor transfectie, implantatie van stijve hersenen sondes, en injectie van de mesh-elektronica.
Mesh elektronica sondes kunnen stabiel opnemen en bijhouden in de dezelfde individuele neuronen op ten minste maanden jaar tijdschalen en roepen bijna geen chronische immuunrespons, zoals aangetoond in Figuur 9 en Figuur 10, respectievelijk. Dit is een belangrijk voordeel ten opzichte van Conventie diepte-elektroden, die gewoonlijk lijden afnemende spike amplitudes, unstable signalen en chronische ontsteking in de loop van langdurige opname experimenten14, 15. bovendien de mesh-elektronica hebben het voordeel dat ze in het weefsel achterblijven kunnen tijdens histologische afdelen, kleuring, en imaging, in tegenstelling tot conventionele sondes, die te rigide zijn en daarom moet worden verwijderd vóór de histologie analyses. Vandaar, mesh elektronica zorgen voor de unieke mogelijkheid om immunohistochemische analyse gebruiken voor het nauwkeurig bestuderen van de cellulaire omgeving elke opname-site.
Het protocol gepresenteerd hier opent-up spannende nieuwe kansen in de neurowetenschappen. De minimaal invasieve leveringsmethode en de naadloze integratie van mesh elektronica met hersenweefsel minimaliseert verstoring van neurale circuits en voorkomt chronische immuunrespons, die zouden kunnen van de meeste soorten chronische neurale opname experimenten profiteren. Het vermogen van mesh elektronica te registreren en bijhouden van de dezelfde interne neuronen voor lange perioden zullen met name van belang zijn voor onderzoekers willen milliseconde-schaal blancobepalingen activiteit te correleren met maand - aan jaar-lange processen zoals veroudering, de pathogenese van de ziekte van de hersenen, of16,18van de ontwikkeling van de hersenen. Daarnaast bestaan er aanzienlijke mogelijkheden tot uitbreiden en aanpassen van dit protocol, zoals het toevoegen van actieve elektronica naar het PCB hoofd-toneel voor het implementeren van functionaliteit zoals digitale multiplexing van8,35, draadloos mededeling35,36,,37, en signaalverwerking35, mede via injectie van stamcellen of polymeren met de mesh elektronica om hulp bij het weefsel regeneratie18,38, 39, en waarin nanowire veld - effect transistors (NW-FETs) in gaas elektronica voor uiterst gelokaliseerde en multifunctionele hersenen sondes24,29,40,41 ,42.

De ontwikkeling van instrumenten voor het toewijzen van de hersenen met single-neuron resolutie staat is van centraal belang voor Neurowetenschappen en Neurologie. Noninvasive technologieën voor neurale studies zoals elektro-encefalografie (EEG), liquor (MEG) en functionele magnetische resonantie imaging (fMRI) gebleken waardevolle voor het correleren van hersenactiviteit met gedrag in mensen1, 2, maar ze missen de spatio resolutie die nodig is voor het bestuderen van de structuur en de dynamiek van neurale netwerken op hun fundamentele micrometer en milliseconde schalen, respectievelijk3,4. Bepaalde electrocorticography (ECoG) sondes en optische beeldvorming methoden met spanning-gevoelige verfstoffen zijn erin opnemen van single-eenheid blancobepalingen activiteit in vivo5,6, maar ze zijn over het algemeen effectief alleen in de buurt van de de oppervlakte van de hersenen, toepasselijkheid op studies van ondiepe hersengebieden te beperken. In tegenstelling, implanteerbare elektrische sondes kunnen meten single-neuron electrofysiologie in vrij bewegende dieren uit vrijwel elke regio van de hersenen zonder de noodzaak voor het labelen van de TL, waardoor ze onmisbaar voor Neurowetenschappen systemen-niveau, met name Als microfabrication technieken uit de halfgeleiderindustrie hebben geduwd telt kanaal in de honderden en duizenden3,7,8,9. Op grond van deze mogelijkheden, hebben implanteerbare elektrische sondes vele belangrijke bijdrage geleverd aan de neurowetenschappen en Neurologie, met inbegrip van fundamentele studies van informatieverwerking in de visuele systeem10, de behandeling van neurologische aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson11, en de demonstratie van de hersenen-machine interfaces (BMIs) voor geavanceerde protheses12,13.
Echter heeft op lange termijn instabiliteit manifesteerde als spike amplitudes en unstable signalen op tijdschalen van weken tot maanden14,15 te verlagen beperkt de toepasselijkheid van implanteerbare sondes voor de studie van betrekkelijk korte termijn verschijnselen, verlaten vragen zoals veroudering van de hersenen en ontwikkeling grotendeels onbeantwoord. De beperkingen in op de lange termijn instabiliteit zijn het gevolg van een wanverhouding tussen conventionele sondes en hersenweefsel in grootte, mechanica en topologie14,15,16,17,18. In termen van omvang, terwijl de neuronale synapsen en waarin ongeveer tientallen nanometer tot tientallen micrometers in diameter19, respectievelijk zijn, traditionele sondes zijn vaak aanzienlijk groter, in het geval van silicium micro-elektrode arrays > 4 keer de grootte van een enkel neuron cel lichaam7,8. De relatief grote omvang van deze sondes kan verstoren de natuurlijke structuur en de connectiviteit van dichte zenuwweefsel, aldus bij te dragen tot chronische immuunrespons en storing veroorzaakt de neurale circuits die bestudeerd. In termen van mechanische eigenschappen zijn traditionele sondes drastisch stijver dan de uiterst zachte zenuwweefsel waarin ze worden geïmplanteerd; zelfs "flexibele" sondes gemaakt van 10 – 20 µm dik bladen van polyimide zijn minstens 100.000 keer stijver dan hersenen weefsel20,21. Deze komen niet overeen in Buigstijfheid veroorzaakt schuintrekken van de relatieve beweging tussen de sonde en hersenen weefsel, leidt tot onbetrouwbare single-eenheid bijhouden tijdens uitgebreide opnames en inducerende chronische gliosis op de site van de innesteling. Ten slotte sluit de topologische structuur van conventionele hersenen sondes noodzakelijkerwijs een solide volume van het weefsel. Dergelijke wanverhouding in de topologie verstoort de connectiviteit van neurale circuits, verzet zich tegen de natuurlijke driedimensionale (3D) interpenetrated verdeling van neuronen, gliale cellen en bloedvaten in de hersenen weefsel22en belemmert 3D vervoer van signalering moleculen23. Samen hebben deze tekortkomingen van conventionele sondes maakte hen ontoereikend is om de lange termijn compatibiliteit gezocht voor klinische toepassingen en longitudinale neurowetenschappen studies op het niveau van de single-neuron.
Om deze tekortkomingen te verhelpen, wij gestreefd naar het vervagen van de grens tussen de neurale en elektronische systemen door de ontwikkeling van een nieuw paradigma van neurale sondes "weefsel-achtige" mesh elektronica16,21,24genoemd. Elektronica adressen overeenkomen met de bovenstaande in de topologie, grootte en mechanica problemen door te nemen (1) de structurele kenmerken van de dezelfde nanometer micrometer grootte schaal van zenuwweefsel, (2) mechanische eigenschappen die lijken op die van hersenweefsel, en (3) een 3D mesh macroporeuze topologie thats > 90% open ruimte en dus herbergt vervlechting van neuronen en verspreiding van moleculen door de extracellulaire omgeving. Mesh elektronica sondes kunnen precies worden geleverd aan specifieke hersengebieden door middel van een spuit en een naald, minimale acute schade terwijl het implanteren van zelfs in diepe brein regio's21,25. Neuronale soma en axonen is aangetoond dat het doordringen van de open 3D mesh elektronica sonde structuur binnen weken na injectie, waardoor een naadloze, gliosis-vrije interface tussen opname van elektronica en omringende hersenen weefsel21 , 26 , 27. deze unieke functies hebben ingeschakeld mesh elektronica sondes te stabiel blancobepalingen activiteiten bijhouden van de dezelfde individuele neuronen over ten minste een jaar tijdschaal27. Bovendien biedt de fabricage van de elektronica van de mesh op basis van fotolithografie (PL) hoge schaalbaarheid van het aantal elektroden die kunnen worden opgenomen, met aantoonbare kanaal telt maximaal 128 elektroden per sonde met behulp van eenvoudige contact masker lithografie 28 en een plug-and-play input/output (I/O) ontwerp, dat voor snelle elektrische verbinding met de perifere elektronica zonder gespecialiseerde apparatuur29 zorgt.
Een breed scala van studies kan profiteren van de integratie van mesh elektronica in meting protocollen. De meeste intracortical opname experimenten kunnen profiteren van mesh elektronica minimaal invasieve implantatie procedure via injectie spuit, de drastisch verminderde immuunrespons na implantatie, en de mogelijkheid om laat gaas elektronica in de weefsel tijdens latere histologie en immunokleuring voor nauwkeurige analyse van de biologische omgeving voor elke opname-site. Chronische opname experimenten zal in het bijzonder waarde ontlenen aan het unieke vermogen van mesh elektronica voor het bijhouden van grote aantallen individuele neuronen voor maanden tot jaren. Deze mogelijkheid schept mogelijkheden voor studies met single-neuron resolutie die waren voorheen onpraktisch zijn, zoals de veroudering van de longitudinale studies van neurale circuits, onderzoeken van de ontwikkelende hersenen, en onderzoek naar de pathogenese van encefalopathieën16.
In dit protocol beschrijven we allemaal de sleutel in een typisch muis neurale opname experiment met behulp van spuit-injectable mesh elektronica stappen (Zie Figuur 1). Stappen omvatten de fabricage van mesh elektronica in een standaard PL gebaseerde proces mogelijk op vele universiteiten, laden van mesh elektronica in standaard capillaire naalden, stereotaxic injectie van mesh elektronica in vivo, aansluiting van de Mesh I/O interfaces standaard instrumentatie, ingetogen of vrij bewegend opnamesessies en histologische afdelen van hersenweefsel met mesh elektronica. Sommige onderzoekers met behulp van mesh elektronica alleen voor histologie studies wellicht niet elektrische interfacing en opnemen, in welk geval zij deze stappen kunnen overslaan. Na zich vertrouwd te maken met dit protocol, moeten onderzoekers alle noodzakelijke gebruik van mesh elektronica in hun eigen experimenten kennis hebben.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Motorized stereotaxic frame</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>MTM-3</td>
			<td>For mouse stereotaxic surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>512-channel recording controller</td>
			<td>Intan Technologies</td>
			<td>C3004</td>
			<td>A component of the neural recording system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RHD2132 amplifier board</td>
			<td>Intan Technologies</td>
			<td>C3314</td>
			<td>A component of the neural recording system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RHD2000 3-ft ultra thin SPI interface cable</td>
			<td>Intan Technologies</td>
			<td>C3213</td>
			<td>A component of the neural recording system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse restrainer</td>
			<td>Braintree Scientific</td>
			<td>TV-150&#160;STD</td>
			<td>Standard 1.25 inch inner diameter; used to restrain the mouse during restrained recording sessions.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Si wafers</td>
			<td>Nova Electronic Materials</td>
			<td></td>
			<td>3&#34; P &#60;100&#62; .001-.005 ohm-cm 356-406&#956;m Thick 
			Prime Grade SSP Si wafers w/2 Semi-Std. Flats &#38; 
			6,000 A&#176;&#177;5% Wet Thermal Oxide on both sides.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photomasks (chrome on soda lime glass)</td>
			<td>Advance Reproductions</td>
			<td></td>
			<td>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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AutoCAD software</td>
			<td>Autodesk Inc.</td>
			<td></td>
			<td>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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermal evaporator</td>
			<td>Sharon Vacuum</td>
			<td></td>
			<td>Used to evaporate Ni, Cr, and Au onto mesh electronics during fabrication. Many university clean rooms have this or a similar tool.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU-8 2000.5 negative photoresist</td>
			<td>MicroChem Corp.</td>
			<td></td>
			<td>Negative photoresist used to define the bottom and top passivating layers of mesh electronics.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MA6 mask aligner</td>
			<td>Karl Suss Microtec AG</td>
			<td></td>
			<td>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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU-8 developer</td>
			<td>MicroChem Corp.</td>
			<td></td>
			<td>Used to develop SU-8 negative photoresist following exposure to UV light.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LOR3A lift-off resist</td>
			<td>MicroChem Corp.</td>
			<td></td>
			<td>Used with Shipley 1805 photoresist to promote undercutting during metal lift-off processes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shipley 1805 positive photoresist</td>
			<td>Microposit, The Dow Chemical Company</td>
			<td></td>
			<td>Positive photoresist used to define metal interconnects and Pt electrodes in mesh electronics</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MF-CD-26 positive photoresist developer</td>
			<td>Microposit, The Dow Chemical Company</td>
			<td></td>
			<td>To develop S1805 positive photoresist after exposure in a mask aligner. Many university clean rooms stock this chemical.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin coater</td>
			<td>Reynolds Tech</td>
			<td></td>
			<td>For coating wafers with positive and negative resists. Most university clean rooms have spin coaters.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PJ plasma surface treatment system</td>
			<td>AST Products, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>Used to oxidize the surface of mesh electronics prior to release into aqueous solution. Most university clean rooms have this or a similar tool.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electron beam evaporator</td>
			<td>Denton Vacuum</td>
			<td></td>
			<td>For evaporating Cr and Pt during fabrication of mesh electronics. Many university clean rooms have this or a similar tool.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Remover PG</td>
			<td>MicroChem Corp.</td>
			<td></td>
			<td>Used to dissolve LOR3A and Shipley S1805 resists during metal lift-off</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferric chloride solution</td>
			<td>MG Chemicals</td>
			<td>415-1L</td>
			<td>A component of Ni etching solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>36% hydrochloric acid solution</td>
			<td>Kanto Corp.</td>
			<td></td>
			<td>A component of Ni etching solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass capillary needles</td>
			<td>Drummond Scientific Co.</td>
			<td></td>
			<td>Inner diameter 0.40 mm, outer diameter 0.65 mm. Other diameters are available.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette holder U-type</td>
			<td>Molecular Devices, LLC</td>
			<td>1-HL-U</td>
			<td>Used to hold the glass capillary needles during stereotaxic injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-mL syringe</td>
			<td>NORM-JECT&#174;, Henke Sass Wolf</td>
			<td></td>
			<td>Used for manual loading of mesh electronics into capillary needles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyethylene intrademic catheter tubing</td>
			<td>Becton Dickinson and Company</td>
			<td></td>
			<td>Inner diameter 1.19 mm, outer diameter 1.70 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5-mL syringe</td>
			<td>Becton Dickinson and Company</td>
			<td></td>
			<td>Used in the syringe pump for injection of mesh electronics in vivo</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eyepiece camera</td>
			<td>Thorlabs Inc.</td>
			<td>DCC1240C</td>
			<td>Used to view mesh electronics within capillary needles during injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ThorCam uc480 image acquisition software for USB cameras</td>
			<td>Thorlabs Inc.</td>
			<td></td>
			<td>Used to view mesh electronics within capillary needles during injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe pump</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td>PHD 2000</td>
			<td>Used to flow precise volumes of solution through capillary needles during injection of mesh electronics</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EXL-M40 dental drill</td>
			<td>Osada</td>
			<td>3144-830</td>
			<td>For drilling the craniotomy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.9 mm drill burr</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>19007-09</td>
			<td>For drilling the craniotomy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot bead sterilizer 14 cm</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>18000-50</td>
			<td>Used to sterlize surgical instruments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CM1950 cryosectioning instrument</td>
			<td>Leica Microsystems</td>
			<td></td>
			<td>Used to slice frozen tissue into sections. Many universities have this or a similar tool available in a shared facility.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.3% Triton x-100</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td></td>
			<td>Used for histology</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5% goat serum</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td></td>
			<td>Used for histology</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3% goat serum</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td></td>
			<td>Used for histology</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit anti-NeuN</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab177487</td>
			<td>Used for histology</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-Neurofilament</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab8135</td>
			<td>Used for histology</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rat anti-GFAP</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific Inc.</td>
			<td>PA516291</td>
			<td>Used for histology</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ProLong Gold Antifade Mountant</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific Inc.</td>
			<td>P36930</td>
			<td>Used for histology</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly-D-lysine</td>
			<td>Sigma-Aldrich Corp.</td>
			<td>P6407-5MG</td>
			<td>Molecular weight = 70-150 kDA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Right-angle end clamp</td>
			<td>Thorlabs Inc.</td>
			<td>RA180/M</td>
			<td>Used to attach the pipette holder to the stereotaxic frame</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Printed circuit board (PCB)</td>
			<td>Advanced Circuits</td>
			<td></td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>32-channel standard amplifier connector</td>
			<td>Omnetics Connector Corp.</td>
			<td>A79024-001</td>
			<td>Component assembled onto the PCB</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>32-channel flat flexible cable (FFC)</td>
			<td>Molex, LLC</td>
			<td>152660339</td>
			<td>Used as a clamping substrate when interfacing to mesh electronics I/O pads with the PCB-mounted ZIF connector</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>32-ch zero insertion force (ZIF) connector</td>
			<td>Hirose Electric Co., LTD</td>
			<td>FH12A-32S-0.5SH(55)</td>
			<td>Component assembled onto the PCB</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

syringe-injectable mesh electronics for stable chronic rodent electrophysiology

Implanteerbare hersenen electrofysiologie sondes zijn waardevolle hulpmiddelen in de neurowetenschappen vanwege hun vermogen tot record neurale activiteit met hoge Spatio resolutie van ondiepe en diepe hersengebieden. Het gebruik ervan werd belemmerd, echter, mechanische en structurele incongruenties tussen de sondes en hersenen weefsel dat vaak leiden tot micromotion en gliosis met als gevolg signaalverwerking instabiliteit in chronische opname experimenten. In contrast, na de implantatie van ultraflexible mesh elektronica via injectie spuit, sondes de Maas vorm een naadloze, gliosis-vrije interface met de omliggende hersenweefsel waarmee stabiele volgen van individuele neuronen op ten minste een jaar tijdschaal. De gegevens van dit protocol de belangrijkste stappen in een typisch muis neurale opname experiment met behulp van spuit-injectable mesh elektronica, met inbegrip van de fabricage van mesh elektronica in een standaard fotolithografie gebaseerde proces mogelijk op vele universiteiten, laden Mesh elektronica in standaard capillaire naalden, stereotaxic injectie in vivo, verbinding van de Maas input/output aan standaard instrumentatie interfaces, ingetogen of opnamesessies, vrij te verplaatsen en histologische afdelen van hersenen weefsel met mesh elektronica. Representatieve neurale opnames en histologie gegevens worden gepresenteerd. Onderzoekers vertrouwd met dit protocol zal beschikken over de kennis moet mesh elektronica integreren in hun eigen experimenten en te profiteren van de unieke mogelijkheden van lange termijn stabiele neurale interfacing, zoals studies van veroudering processen, ontwikkeling van de hersenen en de pathogenese van de ziekte van de hersenen.

Resultaten zullen variëren afhankelijk van de diersoort in de studie, de regio gerichte hersenen, de verstreken tijd sinds injectie, het bedrag van de acute schade toegebracht tijdens de injectie, en het succes van de i / interfacing procedure, onder andere factoren. Single-eenheid blancobepalingen activiteit verschijnen niet tot 1 dag (in het geval van 150 µm binnendiameter naalden) tot 1 week na de injectie en spike amplitudes tot 4 – 6 weken variëren kunnen. Figuur 9 representatieve elektrofysiologische worden gegevens weergegeven uit een 32-kanaals mesh elektronica sonde geïnjecteerd in de hippocampus en de primaire Somatosensorische cortex van een volwassen mannelijke C57BL/6J muis. Ongeveer 300-µV amplitude lokale veld potentieel (LFPs) werden opgenomen op alle 32 kanalen en single-eenheid blancobepalingen activiteit werd opgenomen op 26 kanalen. De LFPs en geïsoleerde spikes bleef tussen 2 en 4 maanden, hetgeen wijst op een zeer stabiele interface tussen opname elektronica en neuronen over deze lange periode gelijkaardig. Figuur 10 toont representatieve resultaten van histologische afdelen en immunokleuring van hersenweefsel met mesh elektronica 1 jaar na injectie. Kleuring voor NeuN, een marker voor neurale waarin en neurofilament, een marker voor neurale axonen, blijkt weinig tot geen verlies van weefsel dichtheid op de injectieplaats, naadloze interfacing tussen het gaas elektronica en hersenen weefsel impliceren. Kleuring voor GFAP (een marker voor astrocyten) verder blijkt in de buurt van-achtergrondniveaus van astrocyten rond mesh elektronica, die aangeeft dat haar aanwezigheid weinig chronische immuunrespons lokt.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig1.jpg"> Figuur 1: stappen in een spuit-injectable mesh elektronica experiment. Dit protocol beschrijft alle belangrijke stappen in een typisch knaagdier neurale opname experiment met behulp van mesh elektronica. Experimenten meestal met zich meebrengen, in volgorde van uitvoering, (1) vervaardiging van mesh elektronica, (2) laden van mesh elektronica in capillaire naalden, (3) stereotaxic injectie van mesh elektronica in de hersenen, (4) elektrische I/O interfacing om mesh elektronica, ingetogen of vrij bewegend-opnamen (5) en (6) mazen/weefsel segmenteren en kleuring voor histologie. In sommige studies, kunnen alleen de gegevens van de histologie worden gewenst, in welk geval stappen (4) en (5) kan worden overgeslagen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig2.jpg"> Figuur 2: schematische voorstelling afgebeeld van de fabricage-procedure voor plug-and-play mesh elektronica in de regio ultraflexible apparaat (bovenste rij), stam interconnects (middelste rij), en I/O regio (onderste rij). (A) SU-8 negatieve fotoresist (rood) is patroon met PL masker-1 om te definiëren onder passiveren van laag van elke plug-and-play mesh elektronica sonde. (B) patronen met PL masker-2 thermische verdamping en metalen lift-off definiëren Au interconnects en I/O pads (goud). (C) patronen met PL masker-3, electron beam verdamping en metalen lift-off definiëren Pt elektroden (blauw). (D) SU-8 negatieve fotoresist (rood) is patroon met PL masker-4 om te definiëren van de passivating toplaag. Openingen in de SU-8 zitten bij elke Pt-elektrode en I/O pad. (E) A voltooid gaas elektronica sonde met onderbroken vakken die de locaties die uitgebreid in de boven-, Midden- en onderste rijen aangeeft. Photomask ontwerp bestanden zijn beschikbaar op verzoek van de auteurs of van de resource site, meshelectronics.org. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig3.jpg"> Figuur 3: foto's en beelden van de optische Microscoop van plug-and-play mesh elektronica. (A) optische Microscoop beelden van een spuit-injectable mesh elektronica sonde met plug-and-play i/o betegeld. De sonde werd beeld na de voltooiing van de fabricage in Figuur 2 , maar voorafgaand aan de release van de Ni-gecoate substraat stappen. Gestippelde vakken komen overeen van links naar rechts tot de onderdelen van de ultraflexible apparaat regio, stam en I/O regio vergroot in C, D en E, respectievelijk. Schaal bar = 1 mm. (B) foto van een 3-inch Si wafer 20 voltooid met mesh elektronica sondes. Schaal bar = 20 mm. (C) optische Microscoop afbeelding van 20 µm diameter Pt opname elektroden in de regio ultraflexible apparaat. Schaal bar = 100 µm. (D) optische Microscoop beeld van high-density Au interconnects in de regio van de stam. Elke Au interconnect is elektrisch geïsoleerd en een enkele Pt-elektrode verbindt met een enkele I/O-pad. Schaal bar = 100 µm. (E) optische Microscoop afbeelding voor I/O pads. Elk pad bestaat uit een inklapbaar mesh-regio en een continue dunne-film regio op de stengel. Niet-geleidend SU-8 linten sluit de mesh-gedeelten van de pads samen om te helpen handhaven uitlijning. Schaal bar = 200 µm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig4.jpg"> Figuur 4: montage van toestellen voor het houden van capillaire naalden tijdens injectie. (A) foto van de onderdelen van het apparaat. De onderdelen bevatten (1) een glazen capillaire naald, (2) een pipet houder, (3) een circulaire schroef bevestigingsmiddel voor de houder van de pipet en (4) een kegel wasmachine voor de houder van de pipet. Items (2) t/m (4) zijn inbegrepen in aankoopprijs van de houder van een pipet. De pijl markeert de uitlaat van de pipet-houder die moet worden gelijmd gesloten met epoxy. (B) pasfoto van de houder van de pipet na montage- en plaatsingskosten van een glazen capillaire naald. De toegevoegde epoxy is zichtbaar bij de bovenste uitlaat van de houder van de Pipet (aangegeven door de pijl) en capillaire buis verbindt de pipet houder met een injectiespuit (niet afgebeeld). (C) foto van de houder van de pipet en de capillaire naald na de bijlage naar het stereotaxic frame met een rechte hoek einde klem. Schaal bars zijn 1 cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig5.jpg"> Figuur 5: laden van mesh elektronica in glas naalden. (A) Schematische illustratie van de laden-procedure voor plug-and-play mesh elektronica. Een naald van glas is geplaatst in de buurt van het einde van de I/O van een mesh elektronica sonde terwijl het in oplossing is geschorst. De plunjer van de injectiespuit wordt vervolgens handmatig teruggetrokken om te tekenen in de mesh elektronica sonde. Ideale positionering is met de ultraflexible apparaat regio net binnen het einde van de naald. (B) foto's overeenkomt met (A) voor een mesh elektronica probe in een glas naald wordt geladen. Schaal bars = 2 mm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig5large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig6.jpg"> Figuur 6: schematische van het station stereotaxic chirurgie. Een gemotoriseerde stereotaxic frame (A) met bijgevoegde Pipetteer houder wordt gebruikt om de positie van de naald in de hersenen van de gewenste regio. De positie van de naald en geladen mesh elektronica worden gecontroleerd met een objectief en aangesloten camera (B) op een computer (C) weergegeven. Precieze hoeveelheid zoutoplossing stroomt een spuitpomp (D) door de naald, waardoor nauwkeurige, beheerste injectie van mesh elektronica in de hersenen van de gewenste regio. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig6large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig7.jpg"> Figuur 7: Plug-and-play I/O procedure interfacing. (A) een FFC klemmen substraat is beveiligd met tandheelkundige cement grenzend aan de craniotomy. (B) Plug-and-play mesh elektronica stereotaxically worden ingespoten in de regio van de gewenste hersenen met behulp van de methode van de FoV. (C) de naald, met de I/O pads van de Maas elektronica sonde nog binnen, verplaatst over de FFC klemmen substraat. (D) Flow wordt hervat door de naald te werpen de I/O pads op de FFC klemmen substraat. (E) de I/O pads zijn gebogen 90 ° ten opzichte van de stengel, met de geleidende zijde naar boven worden ontvouwd, en gedroogd in plaats. (F) de FFC substraat is geknipt met een schaar een lineaire ca. 0,5 mm vanaf de rand van de I/O pads. Overmaat substraat wordt gesneden weg om het inbrengen in een 32-kanaals ZIF-connector. (G) de I/O pads zijn ingevoegd in een 32-kanaals ZIF-connector op een aangepaste PCB gemonteerd. De ZIF-connector is vergrendeld gesloten om contact met de I/O pads. (H) de klink is gecementeerd gesloten, de PCB wordt gespiegeld op de schedel en de PCB ligt vast in plaats met tandheelkundige cement. (ik) de PCB vormt een compacte headstage met een standaard versterker connector voor gemakkelijk interfacing tijdens de opnamesessies. Schaal bars = 1 cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig7large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig8.jpg"> Figuur 8: ingetogen en vrij bewegende opnames. (A) foto van een mannelijke C57BL/6J muis in een afdekking tijdens een opnamesessie. Een 32-kanaals voorversterker PCB is ingevoegd in de standaard versterker-connector. (B) foto van de dezelfde muis met 32-kanaals voorversterker PCB tijdens een vrij bewegende opname-experiment. Schaal bars = 1 cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig8large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig9.jpg"> Figuur 9: vertegenwoordiger neurale opname resultaten. (A) vertegenwoordiger LFP warmte kaarten uit 32-kanaals mesh elektronica sondes geïnjecteerd in de muis hippocampus en Somatosensorische cortex. Gegevens waren opgenomen, terwijl de muis vrij onderzocht zijn kooi op 2 maanden (boven) en na injectie van 4 maanden (onder). LFP amplitude is kleurgecodeerde volgens de kleurenbalk aan de rechterkant. Hoogdoorlaat gefilterde sporen (zwart) tonen blancobepalingen activiteit overlaymodus op het spectrogram voor elk van de 32 kanalen. (B) Spikes geïsoleerd na het sorteren van de gegevens die zijn uitgezet in (A). Single-eenheid blancobepalingen activiteit is aangetroffen op 26 van de 32 kanalen beide 2 maanden na injectie (boven) en 4 maanden na injectie (onder). De getallen boven elk cluster van pieken komen overeen met de kanaalnummers in (A). Dit cijfer is gewijzigd van Fu, et al.. 28. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig9large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig10.jpg"> Figuur 10: vertegenwoordiger histologie resultaten. (A) schema ter illustratie van de richting van mesh elektronica binnen de horizontale (middelste deelvenster) en Sagittaal (onderste paneel) hersenen segmenten. (B) fluorescentie Microscoop afbeelding van een 10 µm dik corticale hersenen segment één jaar na injectie van een 16-kanaals mesh elektronica sonde. Het segment geweest immunostained voor NeuN (groen). (C) de hetzelfde segment van de hersenen immunostained voor neurofilament (rood). (D) de dezelfde hersenen segment immunostained voor GFAP (cyaan). (E) A samengestelde afbeelding van (B) t/m (D) toont het gaas elektronica/weefsel interface met gelabelde NeuN (groen), neurofilament (rood), GFAP (cyaan), en gaas elektronica (blauw). Schaal bars = 100 µm. Dit cijfer is gewijzigd van Fu et al. 27. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig10large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
Aanvullende Video 1: herhaalde laden en injectie van mesh elektronica in oplossing. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/video1.mp4">Klik hier om dit bestand te downloaden.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Syringe-injectable Mesh Electronics for Stable Chronic Rodent Electrophysiology at JoVE.com

Syringe-injectable Mesh Electronics for Stable Chronic Rodent Electrophysiology

Mesh elektronica sondes naadloos integreren en stabiele, lange termijn, single-neuron ondersteuningsniveau opnemen binnen de hersenen. Dit protocol maakt gebruik van mazen elektronica voor in vivo experimenten, waarbij de fabricage van mesh elektronica, laden in naalden, stereotaxic injectie uitgangen interfacing, opname experimenten en histologie van de weefsel bevattende mesh sondes.

Spuit-injectable Mesh elektronica voor stabiele chronische knaagdier electrofysiologie

Implantable brain electrophysiology probes are valuable tools in neuroscience due to their ability to record neural activity with high spatiotemporal ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Cellular Lipid Extraction for Targeted Stable Isotope Dilution Liquid Chromatography-Mass Spectrometry Analysis

Cellulaire vetextractie voor gerichte stabiele isotopen Verdunning vloeistofchromatografie-massaspectrometrie Analyse

The metabolism of fatty acids, such as arachidonic acid (AA) and linoleic acid (LA), results in the formation of oxidized bioactive lipids, including ...

Evaluation of Biomaterials for Bladder Augmentation using Cystometric Analyses in Various Rodent Models

Evaluatie van biomaterialen voor Blaas Vergroting van het gebruik Cystometrische analyses in verschillende diermodellen

Renal function and continence of urine are critically dependent on the proper function of the urinary bladder, which stores urine at low pressure and ...

Engineering 3D Cellularized Collagen Gels for Vascular Tissue Regeneration

Engineering 3D Cellularized Collageen Gel voor Vasculaire Tissue Regeneration

Synthetic materials are known to initiate clinical complications such as inflammation, stenosis, and infections when implanted as vascular substitutes. ...

Epithelial Cell Repopulation and Preparation of Rodent Extracellular Matrix Scaffolds for Renal Tissue Development

Epitheelcellen Herbevolking en voorbereiding van knaagdieren extracellulaire matrix Stellingen voor nierweefsel Development

This protocol details the generation of acellular, yet biofunctional, renal extracellular matrix (ECM) scaffolds that are useful as small-scale model ...

Studying Soft-matter and Biological Systems over a Wide Length-scale from Nanometer and Micrometer Sizes at the Small-angle Neutron Diffractometer KWS-2

Het bestuderen van Soft-materie en Biological Systems over een breed Lengte-schaal van Nanometer en Micrometer Maten bij de Small-angle neutronendifractometer KWS-2

The KWS-2 SANS diffractometer is dedicated to the investigation of soft matter and biophysical systems covering a wide length scale, from nm to &#181;m. ...

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

Microfluïdische Platform met multiplexverzending elektronische detectie voor ruimtelijke Tracking van Deeltjes

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

Rodent Behavioral Testing to Assess Functional Deficits Caused by Microelectrode Implantation in the Rat Motor Cortex

Knaagdier gedrags testen om te beoordelen van functionele tekorten veroorzaakt door micro-elektrode inplanting in de motorschors Rat

Medical devices implanted in the brain hold tremendous potential. As part of a Brain Machine Interface (BMI) system, intracortical microelectrodes ...

Nanosensors to Detect Protease Activity In Vivo for Noninvasive Diagnostics

Nanosensors to Detect Protease Activity In Vivo for Noninvasive Diagnostics

Nanosensors om te detecteren Protease activiteit In Vivo Noninvasive Diagnostics

Proteases are multi-functional enzymes that specialize in the hydrolysis of peptide-bonds and control broad biological processes including homeostasis and ...

Bioinspired Soft Robot with Incorporated Microelectrodes

Bioinspired Soft Robot met ingebouwde micro-elektroden

Bioinspired soft robotic systems that mimic living organisms using engineered muscle tissue and biomaterials are revolutionizing the current biorobotics ...

Preclinical Cardiac Electrophysiology Assessment by Dual Voltage and Calcium Optical Mapping of Human Organotypic Cardiac Slices

Preklinische Cardiale Elektrofysiologie Beoordeling door Dual Voltage en Calcium Optical Mapping van human organotypic cardiale plakjes

Human cardiac slice preparations have recently been developed as a platform for human physiology studies and therapy testing to bridge the gap between ...