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. מודה תמיכה של עבודה זו על ידי חיל האוויר Office של המחקר המדעי (FA9550-14-1-0136 מקלדת), פרס מדעים פיסיקליים של אוניברסיטת הרווארד, מאיץ הנדסה (פיוניר פרס לאומי מוסדות של בריאות הבמאי 1DP1EB025835-01). T.G.S. מודה תמיכה על ידי משרד ההגנה (משרד ההגנה) דרך התוכנית הלאומית למדע ההגנה & מלגת בוגר הנדסה (NDSEG). ג. ה מאשר מלגת תמיכה של איגוד הלב האמריקני (16POST27250219) מסלול העצמאות פרס (האב K99/R00) מן המכון הלאומי לזיקנה של מכוני הבריאות הלאומיים. העבודה בוצעה באופן חלקי במרכז אוניברסיטת הרווארד עבור ננו מערכות (CNS), חבר של נבחרת ננוטכנולוגיה מתואמת תשתית רשת (NNCI), אשר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע תחת ה-NSF מרכזים לגיל הרך פרס מס 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>

המחברים אין לחשוף.

כל השלבים של ייצור ושימוש של רשת האלקטרוניקה הם חשובים, אבל כמה קריטי במיוחד. לפני שחרור רשת האלקטרוניקה של וופל שלהם, זה חיוני להתחמצן השטח כדי להפוך את רשתות שינוי בקלות מושעה בתמיסה המימית (שלב 1.6.1). אם המערכת תדלג על שלב זה, הרשתות בדרך כלל צפים על פני המים, שהופך אותם קשה לטעון לתוך. המחטים, אם הם יכולים להיות טעון, הם לעיתים קרובות מקל הצדדים של המחטים זכוכית, הדורשים כמויות גדולות (> 100 µL) על הזריקה. כשל להתחמצן השטח לפני שחרור, לכן, בדרך כלל אומר כי הרשתות לא יכול לשמש, הזיוף חייב להיות מחדש שבוצעו מההתחלה. עוד צעד קריטי מכופף רשת האלקטרוניקה "גזע" ~ 90 ° במהלך הקלט/פלט התממשקות (שלב 4.3). אם הזווית היא פחות מ 90°, ואז כל התחבושות קלט/פלט 32 לא יתאימו למחבר לזיף; כמה יהיה לחתוך את הסוף כדי לאפשר את הכניסה, צמצום מספר אלקטרודות המחוברות. התהליך חייב להיעשות גם בעדינות כדי למנוע את הגבעול של שבירה.
ניתן להתאים אישית את העיצוב של רשת האלקטרוניקה ליישומים שונים על ידי שינוי של photomasks באמצעות ההליך פבריקציה נוספת באותו המתוארים באיור2. לדוגמה, בעוד רשת האלקטרוניקה הגששים נהגו לרשום את הנתונים באיור 9 נועדו יש 32 אלקטרודות הקלטה span העכבר היפוקמפוס, קליפת המגע העיקרית, מיקום האלקטרודות בתוך רשת השינוי גמיש במיוחד יכול להיות נבחר להתמקד כמעט לכל region(s) מוח, או אלקטרודות גדול יותר לגירוי יכול להיות incorporated27. באותה רשת בסיסיים מבנה פבריקציה ההליך נשמרים, אך האלקטרודה ובעיצוב מותאמים לצרכים של המחקר. החוקרים צריך בזהירות, אולם, ותמיד לבדוק כי עיצובים שונה יכול להיות מוזרק בקלות דרך המחטים המיועד. שינויים קטנים המכניקה כיפוף של רשת אלקטרוניקה יכול להיות השפעה משמעותית על injectability. דוגמה אחת כזו היא בזווית של 45° בין סרטים SU-8 רוחביים האורך והרוחב התשואות רשת האלקטרוניקה החללית זה יכול להיות מוזרק facilely אבל זווית 90 מעלות תוצאות שבה מקמט שסותם מחטים21.
מדידה של עכבה של האלקטרודות הקלטה שימושי לפתרון בעיות. אלקטרודה Pt 20-מיקרומטר עגול קוטר צריך להיות בסדר גודל של עכבה ליד MΩ 1 כאשר נמדדת בתדירות של 1 קילו-הרץ ויוו או 1 x PBS29. עכבה גדולים משמעותית יותר מרמז כי האלקטרודה אינה נחשפת, כפי שעלול לקרות אם מזוהם עם משקעים photoresist או לא חשמלית מחוברים. האחרון עלולה להתרחש אם, לדוגמה, יש אבק על המסכה צילום במהלך PL זה תוצאות שזזה ב האיחוד האפריקני מהירים, או אם לאחד רפידות קלט/פלט של רשת הוא לא יצר קשר עם סיכות מחבר לזיף במהלך ממשק קלט/פלט. בסדר גודל עכבה בערך חצי ערך צפוי מציע כי ייתכן קיצרה את הערוץ לזו סמוכים, יצירת מעגל של שתי האלקטרודות impedances במקביל אחד לשני. ערכי עכבה נמדד לשמש מדריך במהלך פתרון בעיות; בשילוב עם מיקרוסקופ אופטי של הגששים אלקטרוניקה עם רשת שינוי, מקור הבעיה בדרך כלל ניתן לזהות, תוקנה בהתאם ייצור הבא להפעיל או ניסיון ממשק קלט/פלט.
השימוש במזרק-להזרקה רשת האלקטרוניקה ללימודי חריפה מוגבל בכך פעילות יחידות יחיד עולה בדרך כלל הוא לא ציין עד זריקה פוסט 1 בשבוע27, למרות עבודה (לא פורסם) מראה כי בעיה זו בקלות להתגבר. גורמים מרכזיים של הזמן הדרוש כדי לראות spiking פעילות רשת השינוי עיצוב, הנפח של נוזלים מוזרק לתוך המוח יחד עם רשת האלקטרוניקה, וקוטר המחט משמש הזרקה, כמו אלה משפיעים על מידת הנזק רקמות במהלך הזרקה, הקצב של ריפוי. כרכים גדולים הזרקת עשוי להידרש. אם רשת האלקטרוניקה לא מטופלות עם חמצן פלזמה פרסום ב- Ni etchant; כלומר, אם הרשת אינה הידרופיליות, זה יכול לדבוק המחט זכוכית. לעיתים, הרשתות יש פגמים להוביל כיפוף מכניקה מה שהופך אותם קשה להזריק. במהלך הטעינה של רשת האלקטרוניקה, חשוב לבדוק כי רשתות עוברים בקלות בצורה חלקה בתוך המחט (כפי שמוצג 1 וידאו משלימים). אם לא, אמור לשמש מכשיר בדיקה אלקטרונית רשת שונים. התוצאות הטובות ביותר עבור ממשק עצבי חלקה תושג עם אמצעי האחסון אידיאלי הזרקה של 10 – 50 µL לכל 4 מ מ אורך רשת מוזרק. תוצאות עדכניות יותר עם הגששים אלקטרוניקה עדינה יותר של רשת מוזרק ו/או (קטן כמו מיקרומטר 150 הקוטר הפנימי, 250 הקוטר החיצוני מיקרומטר) קטנים בקוטר נימי מחטים להראות את יחידה spiking יכול להיות שנצפו מן זמן קצר לאחר הזריקה (מידות חריפה) זמנים ארוכים יותר. מסכת קבצי העיצוב עבור אלה מבנים רשת עדינה יותר זמינים לפי בקשה או מאתר האינטרנט של משאבים, meshelectronics.org. אנו מעריכים את התשואה הכוללת של ויוו רשת הזרקת הנהלים שלנו באמצעות מחטים (הקוטר החיצוני של 650 מיקרומטר) הקוטר הפנימי של מיקרומטר 400 להיות סביב 70%, למרות התשואה הוא קרוב ל- 80-90% לעבודה שלנו עדכני יותר עם 150 הקוטר הפנימי מיקרומטר (250 מיקרומטר הקוטר החיצוני ) מחטים. הסיבות הנפוצות לכשל נמצאים (1) כי הרשת לא להזריק בצורה חלקה, וכתוצאה מכך בצקת במוח מאמצעי אחסון גדול באופן בלתי צפוי הזרקת לתוך המוח, (2) רשת שבירה במהלך המניפולציה ידני נדרש הקלט/פלט התממשקות הליך ו- (3) דימום גרימת נזק לכלי דם במהלך ההזרקה. פגיעה של כלי דם במהלך ההזרקה היא נדירה (הגורם של פחות מ-10% של כשלים) יכול להיות מופחת נוספת באמצעות ניתוח תמונה מונחה. נציין גם כי הנזק של כלי הדם היא מגבלה משותף של כל ההליכים הקשורים חדירה של רקמת המוח, כולל הזרקה של נגיפים עבור תרביות תאים, השתלה של מוח נוקשה הגששים, הזרקה של רשת האלקטרוניקה.
רשת האלקטרוניקה הגששים מסוגלים stably להקליט, לעקוב אחר של נוירונים בודדים אותו לפחות חודשים צירי זמן של שנה, לעורר תגובה חיסונית אין כמעט כרונית, כפי שמתואר באיור 9 ו 10 איור, בהתאמה. זה מייצג יתרון משמעותי לעומת אמנה עומק אלקטרודות, אשר בדרך כלל סובלים הפחתת ספייק amplitudes אותות לא יציב, דלקת כרונית במהלך ארוך טווח הקלטה ניסויים14, 15. בנוסף, רשת האלקטרוניקה יש יתרון כי הם יכולים להישאר בתוך רקמת במהלך חלוקתה היסטולוגית, מכתים, הדמיה, בניגוד קונבנציונאלי הגששים, אשר הם נוקשה מדי ויש לכן להסירו לפני היסטולוגיה ניתוחים. לפיכך, רשת האלקטרוניקה לאפשר יכולת ייחודית לשימוש immunohistochemical ניתוח ללמוד דווקא הסביבה התאית סביב כל אתר הקלטה.
פרוטוקול שהוצג כאן פותח להמציא מרגש הזדמנויות חדשות במדעי המוח. שיטת מסירה פולשנית של ומיזוג חלקה של רשת חשמל עם רקמת המוח מזעור disruption המעגלים העצביים ומונעת כרונית תגובה חיסונית, אשר יכול להפיק תועלת מרבית סוגי הניסויים הקלטה עצבית כרונית. היכולת של רשת האלקטרוניקה לתעד ולעקוב הנוירונים בודד באותו פרקי זמן ארוכים במיוחד יהיה עניין חוקרים המבקשים לתאם אלפיות השנייה עולה לפעילות עם עד שנה-חודש תהליכים כגון הזדקנות, בפתוגנזה של מחלת מוח, או מוח פיתוח16,18. בנוסף, קיימות הזדמנויות משמעותי כדי להרחיב ולהתאים את פרוטוקול זה, כגון הוספת פעיל אלקטרוניקה לשלב עדינות הראש-ליישום פונקציונליות כמו דיגיטלי ריבוב8,35, אלחוטית תקשורת35,36,37, עיבוד35, שיתוף הזרקת תאי גזע או פולימרים עם האלקטרוניקה רשת כדי לסייע18,התחדשות רקמות38, 39, שילוב nanowire שדה – אפקט טרנזיסטורים (NW-FETs) לתוך רשת אלקטרוניקה עבור מאוד מקומי, רב תכליתיים המוח רגשים24,29,40,41 ,42.

ההתפתחות בכלים מסוגל מיפוי המוח עם רזולוציה יחיד-נוירון הוא בעלות חשיבות מרכזית neuroscience ונוירולוגיה. טכנולוגיות לא פולשנית ללימודי עצביים כגון אלקטרואנצפלוגרם (EEG), מגנטואנצפלוגרפיה (מג), הדמיית תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) הוכיחו יקר עבור מתאם פעילות מוחית עם התנהגות בני אדם1, 2, אבל הם חסרי ייתכן ברזולוציה הדרושה עבור הלומדים את המבנה ואת הדינמיקה של רשתות עצביות מיקרומטר היסוד שלהם, אלפית קשקשים, בהתאמה3,4. רגשים מסוימים electrocorticography (ECoG) ואת שיטות הדמיה אופטית באמצעות צבעי מתח רגיש הצליחו הקלטה יחיד-יחידה spiking פעילות ויוו5,6, אבל הם בדרך כלל יעיל רק ליד משטח המוח, הגבלת תחולת מחקרים של אזורים במוח רדוד. לעומת זאת, מושתלת הגששים חשמל יכול למדוד יחיד-נוירון אלקטרופיזיולוגיה ב נע בחופשיות חיות כמעט בכל אזור המוח ללא צורך תיוג פלורסנט, הפיכתם הכרחית עבור מערכות ברמת neuroscience, במיוחד כמו מיקרו-מלאכותית טכניקות של תעשיית מוליך למחצה דחפו ערוץ סופרת לתוך מאות ואלפי3,7,8,9. בזכות יכולות אלו, מושתלת הגששים חשמליים הפכו תרומות חשובות רבות במדעי המוח, נוירולוגיה, כולל לימודי יסוד בעיבוד ב מערכת הראייה10, הטיפול של נוירולוגית מידע הפרעות כגון מחלת פרקינסון11וההדגמה של המוח-ממשקי (BMIs) עבור תותבות מתקדם12,13.
ובכל זאת, אי יציבות לטווח ארוך בא לידי ביטוי בכינויו הפחתת ספייק amplitudes ואת אותות לא יציב על צירי זמן של שבועות עד חודשים14,15 הגביל את הישימות של הגששים מושתלת בחקר יחסית לטווח קצר תופעות, להשאיר שאלות כגון הזדקנות המוח ופיתוח בעיקר לא נענו. מגבלות יציבות לטווח ארוך הם תוצאה של חוסר התאמה בין הגששים קונבנציונלי לבין רקמת המוח, מכניקה, ובגודל טופולוגיה14,15,16,17,18. מבחינת גודל, הסינפסות עצביים somata עומדים כ עשרות ננומטר ועד עשרות מיקרון קוטר19, בהתאמה, הגששים מסורתי לעיתים משמעותי יותר, במקרה של מערכים microelectrode סיליקון > 4 פעמים הגודל של נוירון בודד התא7,הגוף8. הגודל הגדול יחסית של רגשים אלו עלולות לשבש את המבנה הטבעי ואת קישוריות של רקמה עצבית צפופה, ובכך לתרום התגובה החיסונית כרונית, perturbing את המעגלים העצביים נחקר. מבחינת תכונות מכניות, הגששים המסורתית הן באופן דרסטי נוקשה מאשר הרקמה העצבית רך מאוד שבו הם מושתלים; אפילו "גמיש" הגששים זני 10 – 20 מיקרומטר עבה גיליונות פוליאימיד הם לפחות 100,000 פעמים נוקשה מאשר20,של רקמת המוח21. חוסר ההתאמה הזה במצב כפיפה נוקשות גורמת תנועה הטיה יחסית בין רקמת החללית ואת המוח, המוביל אל יחיד לא אמין-יחידת מעקב במהלך הקלטות המורחבת וגרימת gliosis כרונית באתר ההשתלה. לבסוף, מבנה טופולוגי של הגששים המוח קונבנציונלי אינו כולל בהכרח נפח מוצק של הרקמה. אי-התאמה כזו של טופולוגיה משבש הקישוריות של המעגלים העצביים, מונע את תלת-מימדי (3D) interpenetrated חלוקה טבעית של נוירונים, תאי גליה כלי דם בתוך רקמת המוח22ו מעכבת תחבורה 3D של מולקולות איתות23. יחד, חסרונות אלה של הגששים קונבנציונאלי עשו להם להשיג התאימות לטווח ארוך לחפש יישומים קליניים ומחקרים neuroscience האורך ברמת יחיד-נוירון.
כדי להתגבר על חסרונות אלה, חיפשנו טשטוש הקו בין מערכות עצביות ואלקטרוניקה באמצעות פיתוח פרדיגמה חדשה של הגששים עצבית "רקמות כמו" כינה רשת האלקטרוניקה16,21,24. רשת האלקטרוניקה מטפל בבעיות תואמות לעיל בגודלם, מכניקה, טופולוגיה על-ידי שילוב תכונות מבניות (1) של ננומטר אותו כדי מיקרומטר גודל קנה מידה של רקמה עצבית, תכונות מכניות (2) דומים לאלה של רקמת המוח, ותלת מימד (3) טופולוגיה macroporous זה > 90% לפתוח מרחב, ובכך יכול להכיל interpenetration על ידי נוירונים דיפוזיה של מולקולות דרך הסביבה חוץ-תאית. רשת האלקטרוניקה רגשים יכול להיות בדיוק מועברת אזורים ספציפיים במוח באמצעות מזרק, מחט, גרימת נזק מינימלי אקוטי בזמן השתלת אפילו בתוך מוחי עמוק אזורים21,25. עצביים וראשה אקסונים הוכחו ביוצא המבנה בדיקה אלקטרוניקה פתוחים תלת-ממדית בתוך שבועות שלאחר ההזרקה, ובכך יוצר ממשק חלקה, נטולת gliosis בין הקלטה אלקטרוניקה סביב רקמת המוח21 , 26 , 27. תכונות ייחודיות אלה אפשרו רשת הגששים אלקטרוניקה stably לעקוב אחר פעילות עולה מן הנוירונים בודדים אותו על פני ציר הזמן לפחות בן27. יתר על כן, הזיוף של האלקטרוניקה רשת המבוססת על פוטוליתוגרפיה (PL) מספקת מדרגיות גבוהה של מספר אלקטרודות אשר ניתן לשלב, עם ערוץ והפגינו נחשב עד 128 אלקטרודות לכל בדיקה באמצעות המסכה פשוט קשר לליטוגרפיה 28 ועיצוב של plug-and-play קלט/פלט (i/O) המאפשר חיבור מהיר חשמל אלקטרוניקה היקפיים ללא ציוד מיוחד29.
מגוון רחב של מחקרים עשויה להועיל שילוב רשת האלקטרוניקה מדידה פרוטוקולים. רוב הניסויים הקלטה intracortical יכול להפיק תועלת הליך של רשת האלקטרוניקה ההשתלה פולשנית באמצעות הזרקת מזרק, התגובה החיסונית מופחת באופן דרסטי בעקבות ההשתלה, ואת היכולת להשאיר רשת החשמליות רקמות במהלך היסטולוגיה עוקבות, immunostaining לניתוח מדויק של הסביבה הביולוגית סביב כל אתר הקלטה. הקלטה כרונית ניסויים בפרט תפיק ערך מתוך היכולת הייחודית של רשת האלקטרוניקה כדי לעקוב אחר מספר גדול של נוירונים בודדים במשך חודשים עד שנים. יכולת זו יוצרת הזדמנויות ללימודים עם רזולוציה יחיד-נוירון שהיו בעבר מעשית, כגון מחקרים ההזדקנות האורך של המעגלים העצביים, חקירות של המוח המתפתח, ושל חקירות בפתוגנזה של encephalopathies16.
ב פרוטוקול זה, אנו מתארים כל המפתח צעדים בניסוי הקלטה עצבית עכבר אופייני באמצעות מזרק-להזרקה רשת האלקטרוניקה (ראה איור 1). השלבים המתוארים לכלול הזיוף של רשת האלקטרוניקה אפשרי תהליך מבוסס-PL סטנדרטי באוניברסיטאות רבות, loading רשת האלקטרוניקה מחטים הזרקת stereotaxic של רשת האלקטרוניקה ויוו, החיבור של נימי סטנדרטי רשת שינוי של קלט/פלט מכשור סטנדרטיים ממשקי, מאולפן ההקלטות מאופק או נעה בחופשיות ולאחר חלוקתה היסטולוגית של רקמת המוח, המכיל רשת האלקטרוניקה. יש חוקרים באמצעות רשת האלקטרוניקה רק ללימודי היסטולוגיה שאינם מחייבים חשמל התממשקות והקלטה, ובמקרה הם יכולים לדלג על הצעדים הללו. לאחר להיכרות עצמם עם פרוטוקול זה, החוקרים צריך את כל הידע צורך להשתמש רשת האלקטרוניקה בניסויים שלהם.

<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

מוח מושתלת אלקטרופיזיולוגיה הגששים הם כלי רב ערך במדעי המוח עקב יכולתם לפעילות עצבית רשומה עם רזולוציה גבוהה ייתכן מאזורים במוח רדודים ועמוקים. יש כבר הפריע השימוש שלהם, אולם, מאת מכני ומבניים אי-התאמות בין המחקרים וכל במוח רקמות זה נפוץ להוביל micromotion, gliosis עם וכתוצאה מכך אות יציבות בניסויים הקלטה כרונית. לעומת זאת, בעקבות ההשתלה של רשת גמיש במיוחד אלקטרוניקה באמצעות הזרקת מזרק, רשת השינוי רגשים טופס ממשק חלקה, נטולת gliosis עם הרקמה שמסביב המוח המאפשרת מעקב יציב של נוירונים בודדים לפחות שנה ציר הזמן. זה פרטי פרוטוקול השלבים המפתח בניסוי הקלטה עצבית עכבר אופייני באמצעות מזרק-להזרקה רשת האלקטרוניקה, לרבות הזיוף של רשת האלקטרוניקה בתהליך רגיל מבוסס פוטוליתוגרפיה אפשרי באוניברסיטאות רבות, טעינה רשת האלקטרוניקה מחטים נימי רגיל, הזרקת stereotaxic vivo בתוך, חיבור של רשת השינוי קלט/פלט כדי מכשור סטנדרטיים ממשקי, מרוסן או בחופשיות הזזת מאולפן ההקלטות, ושל היסטולוגית חלוקתה של המוח רקמות המכיל רשת האלקטרוניקה. נציג הקלטות עצבית ונתונים היסטולוגיה מוצגים. החוקרים מוכר עם פרוטוקול זה יהיה את הידע הדרוש כדי לשלב רשת האלקטרוניקה הניסויים שלהם ולנצל ההזדמנויות הייחודית המוענקת על ידי ממשק עצבי יציב לטווח ארוך, כגון מחקרים ההזדקנות תהליכי התפתחות המוח, בפתוגנזה של מחלת מוח.

תוצאות ישתנו בהתבסס על מינים בעלי חיים המחקר, האזור במוח יישוב, הזמן שחלף מאז הזריקה, את כמות הנזק חריפה במהלך ההזרקה, ולהצלחת הקלט/פלט התממשקות נוהל, בין גורמים אחרים. יחידה בודדת עולה פעילות עשויים שלא להופיע עד יום 1 (במקרה של 150 מחטים הקוטר הפנימי מיקרומטר) 1 שבוע לאחר amplitudes הזרקת וספייק עלולים להשתנות עבור עד 4-6 שבועות. איור 9 מציגה נתונים אלקטרופיזיולוגיות נציג בדיקה אלקטרוניקה 32 ערוצים רשת מוזרק היפוקמפוס, קליפת המגע העיקרית עכבר C57BL/6J זכר בוגר. כ 300-µV משרעת שדה מקומי פוטנציאל (LFPs) נרשמו בכל הערוצים 32, יחידה בודדת עולה הפעילות הוקלט בערוצים 26. LFPs ואת קוצים בודדים נשארו דומים בין 2 ו 4 חודשים, מציע ממשק מאוד יציב בין הנוירונים ואלקטרוניקה הקלטה על-פני פרק זמן ממושך זה. איור 10 מראה תוצאות נציג חלוקתה היסטולוגית immunostaining של רקמת המוח, המכיל רשת אלקטרוניקה 1 שנה לאחר ההזרקה. צביעת עבור NeuN, סמן somata עצבית, neurofilament, סמן אקסונים עצבית, מגלה קטן ללא אובדן צפיפות רקמה במקום ההזרקה, רומז חלקה מגשרים בין רקמת המוח ואלקטרוניקה רשת. צביעת עבור GFAP (סמן האסטרוציטים) נוסף מגלה רמות ליד-ברקע של האסטרוציטים סביב רשת האלקטרוניקה, המציין כי נוכחותה מעוררת תגובה חיסונית קטנה כרונית.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig1.jpg"> איור 1: בשלבים מזרק-להזרקה mesh אלקטרוניקה ניסוי. פרוטוקול זה מתאר את כל השלבים החשובים בניסוי טיפוסי הקלטה עצבית מכרסמים באמצעות רשת האלקטרוניקה. ניסויים כרוכה בדרך כלל, לפי סדר הביצוע, (1) ייצור של רשת האלקטרוניקה, (2) טעינה של רשת האלקטרוניקה אל נימי מחטים הזרקת stereotaxic (3) של רשת האלקטרוניקה לתוך המוח, קלט/פלט חשמל (4) התממשקות ל mesh אלקטרוניקה, הקלטות מאופק או נעה בחופשיות (5) ו- (6) רשת/רקמות חלוקתה, צביעת עבור כפפות. במחקרים מסוימים, רק היסטולוגיה הנתונים עשוי בחסר, ובמקרה הזה ניתן לדלג שלבים (4) ו- (5). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig2.jpg"> איור 2: מפרטים טכניים המתארים את תהליך ייצור עבור plug-and-play רשת האלקטרוניקה באזור התקן גמיש במיוחד (שורה עליונה), גזע חיבורי אזור (בשורה האמצעית) ואזור קלט/פלט (שורה תחתונה). (א) photoresist שלילי SU-8 (אדום) הוא בדוגמת עם מסיכת PL-1 כדי להגדיר התחתון passivating שכבה של כל בדיקה אלקטרוניקה רשת plug-and-play. המתבנת (B) עם המסכה-2 PL, אידוי תרמי של המראה מתכת להגדיר Au מהירים, רפידות קלט/פלט (זהב). (ג) המתבנת עם המסכה-3 PL, אידוי קרן אלקטרונים של המראה מתכת להגדיר Pt אלקטרודות (כחול). (ד) photoresist שלילי SU-8 (אדום) הוא בדוגמת עם מסיכת PL-4 כדי להגדיר את השכבה העליונה passivating. הפתחים סו-8 נשארים כל אלקטרודה Pt ו לוח קלט/פלט. (E) A הושלמה רשת האלקטרוניקה החללית עם תיבות מקווקו המציין את מיקומי מוגדל העליון, האמצעי, שורות למטה. Photomask עיצוב קבצים זמינים לפי בקשה מן המחברים או מאתר משאבים, meshelectronics.org. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig3.jpg"> איור 3: תצלומים ותמונות במיקרוסקופ אופטי של plug-and-play mesh אלקטרוניקה- (א) אריחים במיקרוסקופ אופטי תמונות של בדיקה אלקטרוניקה מזרק-להזרקה רשת עם קלט/פלט plug-and-play. המכשיר היה השיקוף לאחר השלמתו של הזיוף צעדים באיור 2, אבל לפני שחרורו מן המצע מצופים ניקל. תיבות מקווקו תואמות משמאל לימין כדי הסעיפים של אזור ההתקן גמיש במיוחד, גזע, אזור קלט/פלט יוגדל ב- C, D ו- E, בהתאמה. סרגל קנה מידה = 1 מ מ. (B) צילום של רקיק סי 3 אינץ המכיל 20 הושלמה רשת האלקטרוניקה הגששים. סרגל קנה מידה = 20 מ מ. (ג) אופטי מיקרוסקופ תמונה של 20 מיקרומטר קוטר Pt הקלטה אלקטרודות באזור התקן גמיש במיוחד. סרגל קנה מידה = 100 מיקרומטר (D) אופטי מיקרוסקופ תמונת Au בצפיפות גבוהה חיבורי באזור גזע. כל interconnect Au מבודד חשמלית ומתחבר אלקטרודה Pt יחיד של לוח הקלט/פלט יחיד. סרגל קנה מידה = 100 מיקרומטר (E) אופטי מיקרוסקופ תמונת הקלט/פלט רפידות. כל משטח מורכב אזור רשת מתקפלת אזור סרט דק רציפה ממוקם על הגבעול. מוליכי ללא סו-8 סרטים לחבר את מנות רשת של הידיות יחד כדי לעזור לשמור על היישור. סרגל קנה מידה = 200 מיקרומטר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig4.jpg"> איור 4: הרכבה של מכשירי מחזיק מחטים נימי במהלך ההזרקה. (א) תצלום של הרכיבים של המנגנון. הרכיבים כוללים מחט נימי זכוכית (1), (2) בעל פיפטה, תופסן בורג מעגלית (3) המחזיק פיפטה, (4) מנקה חרוט על המחזיק פיפטה. פריטים (2) עד (4) הינם כלולים עם הרכישה של בעל פיפטה. החץ מסמן בשקע של בעל פיפטה אשר צריך להיות דבוק סגורה עם אפוקסי. (B) תצלום של בעל פיפטה ואחרי הרכבה החדרת מחט נימי זכוכית. אפוקסי הוסיף הנראים השקע העליון של בעל פיפטה (מסומן בחץ), צינורות קפילר מתחבר המחזיק פיפטה מזרק (לא מוצג). (ג) תצלום של בעל פיפטה, המחט נימי לאחר המצורף על המסגרת stereotaxic עם מלחציים סוף מאונכים. גודל ברים הם 1 ס מ. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig5.jpg"> איור 5: טעינה של רשת האלקטרוניקה לתוך זכוכית מחטים. (א) איור סכמטי של תהליך הטעינה עבור plug-and-play רשת האלקטרוניקה. מחט זכוכית ממוקם ליד הקצה של קלט/פלט של רשת האלקטרוניקה החללית בזמן היא תושעה בפתרון. הבוכנה מזרק ואז נסוגים באופן ידני כדי לצייר את הגשוש אלקטרוניקה רשת. מיקום אידיאלי הוא עם האזור מכשיר גמיש במיוחד רק בתוך הסוף של המחט. תמונות (B) המתאים (א) של רשת האלקטרוניקה החללית הנטען לתוך מחט זכוכית. גודל ברים = 2 מ מ. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig6.jpg"> איור 6: סכימטי של התחנה ניתוח stereotaxic. מסגרת stereotaxic ממונע (A) עם מחזיק מצורפת פיפטה משמש כדי למקם את המחט לתוך האזור במוח הרצוי. המיקום של המחט, טעון רשת האלקטרוניקה מנוטרים עם עדשת המטרה מחוברת המצלמה (B), מוצג במחשב (C). מזרק משאבה (D) זורם כרכים מדויק של תמיסת מלח דרך המחט, המאפשרות הזרקה מדויקת, מבוקר של רשת האלקטרוניקה לאזור המוח הרצוי. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig7.jpg"> איור 7: קלט/פלט Plug-and-play התממשקות הליך. (א) טורבין מחבר חובק למעקה המצע מאובטח עם שיניים מלט סמוכים זה הניתוח. (B) Plug-and-play רשת האלקטרוניקה stereotaxically מוזרקים לתוך אזור המוח הרצוי באמצעות השיטה FoV. (ג) המחט, עם המגנים קלט/פלט של רשת השינוי אלקטרוניקה בדיקה עדיין בפנים, תמוקם מעל מועדון כדורגל מחבר חובק למעקה המצע. זרימה (D) הוא חידש דרך המחט כדי להוציא את רפידות קלט/פלט אל מועדון כדורגל מחבר חובק למעקה המצע. (E) רפידות קלט/פלט הן כפופות ב-90 מעלות ביחס הגזע, פרש עם הצד ניצוח פונה כלפי מעלה, ייבשה במקום. המצע (F) מועדון כדורגל הוא מטופח עם מספריים ca בקו ישר. 0.5 מ מ מהקצה של הידיות קלט/פלט. המצע עודף נחתך כדי לאפשר את הכניסה לתוך מחבר לזיף 32 ערוצים. רפידות (G) הקלט/פלט מוכנסים מחבר לזיף 32 ערוצים רכוב על PCB מותאם אישית. המחבר לזיף נעול סגור כדי להפוך קשר עם הידיות קלט/פלט. (H) המנעול הוא חיזקו PCB סגור, ערק אל הגולגולת, PCB קבוע במקום עם מלט שיניים. (אני) PCB טפסים headstage קומפקטית עם מחבר מגבר סטנדרטי עבור ממשק קל במהלך אולפן הקלטות. גודל ברים = 1 ס מ. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig8.jpg"> איור 8: הקלטות מאופקת, נעה בחופשיות. (א) תצלום של עכבר C57BL/6J זכר restrainer במהלך הקלטה באולפן. PCB מגבר קדם 32 ערוצים הוכנס לתוך המחבר מגבר סטנדרטי. (B) תצלום של העכבר אותו עם מגבר קדם 32 ערוצים PCB במהלך ניסוי הקלטה נעה בחופשיות. גודל ברים = 1 ס מ. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig9.jpg"> איור 9: נציג הקלטה עצבית תוצאות. (א) נציג LFP מפות חום מ- 32 ערוצים mesh הגששים אלקטרוניקה מוזרק לתוך עכבר היפוקמפוס, קליפה המגע. הנתונים נרשמו בזמן העכבר בחנו בחופשיות בכלוב-2 חודשים (למעלה), הזרקת שאחרי 4 חודשים (למטה). משרעת LFP מסומן בצבע על פי סרגל הצבע בצד ימין. מעבר גבוה מסוננים עקבות (שחור) מציג פעילות עולה הערוכים בשכבות על spectrogram עבור כל הערוצים 32. קוצים (B) מבודד לאחר מיון הנתונים מותווים ב (א). יחידה בודדת עולה פעילות זוהה על 26 של 32 ערוצי שני 2 חודשים שלאחר ההזרקה (למעלה) ו- 4 חודשים שלאחר ההזרקה (למטה). המספרים מעל כל אשכול של קוצים תואמות מספרי ערוצים ב- (א). איור זה שונה מפו, et al. 28. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig9large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig10.jpg"> איור 10: היסטולוגיה נציג תוצאות. (א) מפרטים טכניים הממחישות את הכיוון של רשת האלקטרוניקה בתוך אופקי (לוח האמצעי) ואת הווריד פרוסות המוח (פאנל התחתונה). (B) זריחה תמונת מיקרוסקופ של פרוסה עבה מוח קליפתי 10 מיקרומטר שנה לאחר הזרקה של 16 ערוצים רשת האלקטרוניקה החללית. הפרוסה כבר immunostained עבור NeuN (ירוק). (ג) הפרוסה המוח באותו immunostained עבור neurofilament (אדום). (ד) immunostained פרוסה המוח זהה עבור GFAP (ציאן). (E) A מורכב דימוי (B) עד (ד) מציג את רשת האלקטרוניקה/הרקמות ממשק עם תוויות NeuN (ירוק), neurofilament (אדום), GFAP (ציאן), ואת רשת האלקטרוניקה (כחול). גודל ברים = 100 מיקרומטר. דמות זו שונתה מ פו. et al. 27. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig10large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
1 וידאו משלימים: חזר וטעינה של הזרקה של רשת האלקטרוניקה בתוך תמיסת. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/video1.mp4">אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.</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

רשת האלקטרוניקה הגששים להשתלב בצורה חלקה ולספק רמה יציבה, לטווח ארוך, חד-נוירון הקלטה בתוך המוח. פרוטוקול זה משתמש רשת האלקטרוניקה לניסויים ויוו , מעורבים הזיוף של רשת האלקטרוניקה, loading מחטים הזרקת stereotaxic, ממשק קלט/פלט, הקלטה ניסויים, היסטולוגיה של רקמות המכיל רשת הגששים.

מזרק-להזרקה רשת אלקטרוניקה עבור יציב אלקטרופיזיולוגיה מכרסמים כרונית

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

ליפידים מיצוי נייד עבור דילול ממוקד איזוטופ יציב ניתוח כרומטוגרפיה נוזלית ספקטרומטריית-Mass

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

הערכת Biomaterials עבור הגדלת שלפוחית ​​השתן באמצעות ניתוח Cystometric על מודלים מכרסם שונים

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

הנדסת ג&#39;ל קולגן Cellularized 3D לשחזור רקמות וכלי דם

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

Repopulation תאי אפיתל והכנה של מכרסמים תאיים מטריקס פיגומים לפיתוח רקמות כליה

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

לימוד-משנה רך מערכות ביולוגיות על פני אורך בקנה מידה רחבה מן ננומטר ו מיקרומטר גדלים בזווית-הקטנה ניוטרון diffractometer 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

פלטפורמת microfluidic עם איתור Multiplexed אלקטרוני למערכות מעקב מרחבית של חלקיקים

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

מכרסם ההתנהגותי בוחן להערכת תפקודית גירעונות הנגרמת על ידי ההשרשה Microelectrode של קליפת המוח המוטורית עכברוש

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 כדי לאתר פרוטאז פעילות In Vivo אבחון לא פולשנית

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

ביוהשראת רובוט רך עם מיקרואלקטרודות משולבות

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

מיפוי אופטי של הערכת החשמל לניתוחי לב באמצעות מתח כפול וסידן

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