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. riconosce il sostegno di questo lavoro di Air Force Office of Scientific Research (FA9550-14-1-0136), un premio di scienze fisiche Università di Harvard e acceleratore ingegneria e nazionali istituti di salute di un direttore Pioneer Award ( 1DP1EB025835-01). T.G.S riconosce il sostegno dal dipartimento della difesa (DoD) attraverso il programma National Defense Science & Engineering Graduate Fellowship (NDSEG). G.H. riconosce fellowship sostegno l'American Heart Association (16POST27250219) e la via all'indipendenza Award (padre K99/R00) dell'Istituto nazionale su invecchiamento del National Institutes of Health. Quest'opera è stata eseguita in parte presso la Harvard University Center per sistemi su scala nanometrica (CNS), un membro della nazionale nanotecnologia coordinato infrastruttura rete (NNCI), che è sostenuto dalla National Science Foundation NSF ECCS premio No. 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>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Tutte le fasi di fabbricazione e l'utilizzo dell'elettronica della maglia sono importanti, ma alcuni sono particolarmente critiche. Prima di rilasciare l'elettronica di maglia da loro wafer, è essenziale per ossidare la superficie per rendere le maglie prontamente sospese in soluzione acquosa (punto 1.6.1). Se viene saltato questo passaggio, le maglie solitamente galleggiano sulla superficie dell'acqua, che li rende difficili da caricare negli aghi, e se possono essere caricati, spesso si attaccano ai lati degli aghi di vetro, che richiedono grandi volumi (> 100 µ l) per l'iniezione. Fallimento di ossidare la superficie prima di rilascio, pertanto, in genere significa che le maglie non possono essere utilizzate e la realizzazione deve essere nuovamente eseguite dall'inizio. Un altro passo fondamentale si piega l'elettronica di maglia "gambo" a ~ 90° durante il / o interfacciamento (punto 4.3). Se l'angolo è minore di 90°, quindi tutti i 32 pastiglie di I/O non si inseriranno nel connettore ZIF; alcuni dovranno essere tagliare l'estremità per consentire l'inserimento, riducendo il numero di elettrodi collegati. Il processo deve essere fatto anche delicatamente per evitare che lo stelo si rompa.
Il design della maglia elettronica può essere personalizzato per varie applicazioni modificando le fotomaschere e utilizzando la stessa procedura di fabbricazione indicata nella Figura 2. Ad esempio, mentre le sonde di elettronica di rete utilizzate per registrare i dati nella Figura 9 sono state progettate per avere 32 elettrodi di registrazione span del mouse ippocampo e la corteccia somatosensoriale primaria, il posizionamento degli elettrodi all'interno della mesh ultraversatile può essere selezionato per indirizzare qualsiasi regione del cervello, o più grandi elettrodi per la stimolazione possono essere incorporato27. La stessa procedura di struttura e fabbricazione di mesh di base vengono mantenute, ma il posizionamento degli elettrodi e il design sono regolati per soddisfare le esigenze dello studio. Gli investigatori dovrebbero usare cautela, tuttavia e sempre test che disegni modificati possono essere iniettati facilmente attraverso gli aghi previsti. Piccole modifiche alla meccanica di piegatura della rete elettronica può avere effetti sostanziali sulla iniettabilità. Un esempio è che un angolo di 45° tra trasversali e longitudinali SU-8 nastri produce una sonda elettronica di rete che può essere iniettata facilely ma un angolo di 90° si traduce in uno che stropiccia e zoccoli aghi21.
Misurare l'impedenza degli elettrodi di registrazione è utile per la risoluzione dei problemi. Un elettrodo di Pt 20-µm diametro circolare dovrebbe avere una magnitudine di impedenza vicino 1 MΩ quando misurato ad una frequenza di 1 kHz in vivo o in 1X PBS29. Un'impedenza significativamente più grande di questo implica che l'elettrodo non è esposti, come può accadere se è contaminato con photoresist residuo, o non elettricamente collegato. Quest'ultimo può verificarsi se, ad esempio, c'è polvere sulla maschera foto durante PL che risultati in una disconnessione nel Au interconnessioni, o se uno dei dischetti di I/O di maglia non viene contattato dai pin del connettore ZIF durante interfaccia i/o. Un grandezza di impedenza circa la metà del valore previsto suggerisce che il canale può essere cortocircuitato a quello adiacente, creando un circuito di due impedenze elettrodo in parallelo a vicenda. I valori di impedenza misurata fungono da guida durante la risoluzione dei problemi; combinato con la microscopia ottica delle sonde elettronica della maglia, l'origine del problema può solitamente essere identificato e corretti di conseguenza nella fabbricazione successiva eseguire o tentativo di interfacciamento di I/O.
L'uso della siringa-iniettabili maglia elettronica per studi acuti è limitato in quanto attività chiodando unitario non viene generalmente osservata fino a 1 settimana post iniezione27, anche se recenti lavori (non pubblicato) mostrano che questo problema è facilmente superare. Determinanti del tempo necessario per vedere chiodare l'attività sono la maglia di design, il volume del fluido iniettato nel cervello insieme a rete elettronica e il diametro dell'ago per iniezione, come queste influenzano il grado di danno di tessuto durante la iniezione e il tasso di guarigione. Volumi di iniezione grande possono essere richiesti se l'elettronica di maglia non è trattato con il plasma ad ossigeno prima del rilascio in Ni mordenzante; cioè, se la rete non è idrofila, esso possa aderire l'ago di vetro. Occasionalmente, le maglie hanno difetti che portano alla flessione meccanica che li rende difficili da iniettare. Durante il caricamento dell'elettronica della maglia, è importante controllare che maglie si muovano facilmente e senza intoppi all'interno dell'ago (come illustrato in supplementare Video 1). In caso contrario, deve essere utilizzata una sonda elettronica di maglie diverse. Si otterranno risultati migliori per l'interfacciamento neurale senza giunte con i volumi di iniezione ideale di 10 – 50 µ l per 4 mm di lunghezza di maglia iniettato. I risultati più recenti con sonde di elettronica più fine della maglia iniettato e/o diametro capillare i ferri più piccoli (più piccoli diametro interno di 150 µm, 250 µm di diametro esterno) mostrano quella singola unità chiodare può essere osservato da poco dopo l'iniezione (misure acute) attraverso tempi più lunghi. I file di progettazione maschera per queste strutture più fini di maglia sono disponibili su richiesta o dal sito Web di risorse, meshelectronics.org. Stimiamo la resa delle nostre in vivo della maglia iniezione procedure utilizzando 400 µm diametro interno (650 µm di diametro esterno) aghi di circa il 70%, anche se il rendimento è più vicino a 80 – 90% per il nostro lavoro più recente con 150 µm di diametro interno (250 µm diametro esterno ) gli aghi. I motivi più comuni per guasto sono (1) che la mesh non iniettare senza intoppi, con conseguente edema cerebrale da volumi inaspettatamente grande iniezione nel cervello, (2) maglia rottura durante la manipolazione manuale necessaria nei / o l'interfaccia di procedura e (3) sanguinamento da danneggiare un vaso sanguigno durante l'iniezione. Danneggiare un vaso sanguigno durante l'iniezione è rara (la causa di meno di 10% di guasti) e potrebbe essere ridotto ulteriormente utilizzando chirurgia guidata da immagini. Notiamo anche che danno dei vasi sanguigni è un limite comune di tutte le procedure che coinvolgono la penetrazione del tessuto cerebrale, tra cui l'iniezione di particelle virali per la transfezione, l'impianto delle sonde rigide del cervello e l'iniezione dell'elettronica della maglia.
Rete elettronica sonde sono in grado di registrare da stabile e monitorare gli stessi neuroni individuali su almeno mesi per anno scale cronologiche ed non evocano quasi nessuna risposta immunitaria cronica, come dimostrato in Figura 9 e Figura 10, rispettivamente. Questo rappresenta un vantaggio significativo rispetto agli elettrodi di profondità di convenzione, che soffrono comunemente da diminuire le ampiezze di spike, segnali instabili e l'infiammazione cronica nel corso del lungo termine registrazione esperimenti14, 15. Inoltre, l'elettronica di rete hanno il vantaggio che possono essere lasciati nel tessuto durante il sezionamento istologico, colorazione, e di imaging, in contrasto con le sonde tradizionali, che sono troppo rigidi e pertanto deve essere rimossa prima di istologia analisi. Pertanto, consentono la rete elettronica per la capacità unica di utilizzare l'analisi di immunohistochemical di studiare con precisione l'ambiente cellulare che circonda ogni sito di registrazione.
Il protocollo presentato qui si apre-up emozionanti nuove opportunità nell'ambito delle neuroscienze. Il metodo di consegna come minimo dilagante e una perfetta integrazione dell'elettronica di maglia con tessuto cerebrale riduce al minimo i disagi per i circuiti neurali ed evita la risposta immunitaria cronica, che potrebbero trarre vantaggio la maggior parte dei tipi di esperimenti di registrazione neurali cronica. La capacità di rete elettronica per registrare e monitorare i singoli neuroni stessi per lunghi periodi di tempo sarà soprattutto di interesse agli investigatori che cercano di correlare attività chiodando millisecondo-scala con mese-anno-lungo processi quali invecchiamento, la patogenesi della malattia di cervello o cervello sviluppo16,18. Inoltre, esistono notevoli opportunità di estendere e personalizzare questo protocollo, ad esempio aggiungendo elettronica attiva alla PCB testa-fase per implementare funzionalità come digital multiplexing8,35, wireless comunicazione35,36,37e35, co-iniezione di cellule staminali o polimeri con l'elettronica di maglia ad aiuto nel tessuto rigenerazione18,38, l'elaborazione del segnale 39e incorporando nanowire transistori field - effect (NW-FET) in rete elettronica per altamente localizzate e multifunzionale cervello sonde24,29,40,41 ,42.

Lo sviluppo di strumenti capaci di mappatura del cervello con risoluzione di singoli neuroni è di importanza centrale di neuroscienza e di neurologia. Tecnologie non invasive per studi neurali come l'elettroencefalografia (EEG), magnetoencefalografia (MEG) e la formazione immagine a risonanza magnetica funzionale (fMRI) hanno dimostrato preziosi per correlare l'attività cerebrale con comportamento in esseri umani1, 2, ma manca la risoluzione spazio-temporale necessaria per studiare la struttura e la dinamica delle reti neurali alle loro fondamentale micrometro e millisecond scale, rispettivamente di3,4. Alcuni electrocorticography (ECoG) sonde e metodi di imaging ottici utilizzando coloranti tensione-sensibili sono riusciti a registrazione unitario chiodando attività in vivo5,6, ma sono generalmente efficaci solo vicino il superficie del cervello, limitando l'applicabilità agli studi di regioni cerebrali superficiali. Al contrario, impiantabili sonde elettriche possono misurare elettrofisiologia di singoli neuroni in animali liberi di muoversi da praticamente qualsiasi regione del cervello senza l'esigenza di etichettatura fluorescente, che li rende indispensabile a livello di sistemi neuroscienze, soprattutto come tecniche di microfabbricazione dall'industria dei semiconduttori hanno spinto il numero di canali in centinaia e migliaia3,7,8,9. In virtù di queste funzionalità, impiantabili sonde elettriche hanno dato molti importanti contributi di neuroscienza e di neurologia, compresi gli studi fondamentali di elaborazione delle informazioni nel sistema visivo10, il trattamento di neurologico disturbi come la malattia del Parkinson11e la dimostrazione delle interfacce cervello-macchina (BMI) per protesi avanzata12,13.
Tuttavia, instabilità a lungo termine che si è manifestata come diminuendo spike ampiezze e segnali instabili su scale cronologiche delle settimane a mesi14,15 ha limitato l'applicabilità di impiantabili sonde per lo studio di relativamente a breve termine fenomeni, lasciando le questioni come lo sviluppo e l'invecchiamento del cervello in gran parte senza risposta. Le limitazioni nella instabilità a lungo termine sono il risultato di una mancata corrispondenza tra le sonde tradizionali e tessuto cerebrale nelle dimensioni, meccanica e topologia14,15,16,17,18. In termini di dimensioni, mentre le sinapsi neuronali e somata è circa decine di nanometri a decine di micrometri di diametro19, rispettivamente, sonde tradizionali sono spesso significativamente più grande, nel caso di microelettrodi di silicio > 4 volte la dimensione di un singolo neurone corpo cellulare7,8. Le dimensioni relativamente grandi di queste sonde potrebbero interferire con la struttura naturale e la connettività del denso tessuto neurale, così contribuendo alla risposta immunitaria cronica e perturbando circuiti neurali in fase di studio. In termini di proprietà meccaniche, sonde tradizionali sono drasticamente più rigidi di estremamente morbido tessuto neurale in cui vengono impiantati; anche "flessibile" sonde costituiti da 10 – 20 µm spessore fogli di polyimide sono almeno 100.000 volte più rigidi del cervello tessuto20,21. Questa mancata corrispondenza in rigidità alla flessione provoca movimento relativo taglio fra il tessuto sonda e cervello, portando a unitario inaffidabile monitoraggio durante le registrazioni estese ed inducendo il gliosis cronico sito di impianto. Infine, la struttura topologica delle sonde convenzionali del cervello esclude necessariamente un volume solido del tessuto. Tale mancata corrispondenza nella topologia interrompe la connettività dei circuiti neurali, preclude la naturale e interpenetrata distribuzione tridimensionale (3D) di neuroni, cellule gliali e vasi sanguigni all'interno del tessuto di cervello22e ostacola il trasporto 3D di 23di molecole di segnalazione. Insieme, queste carenze di sonde tradizionali li hanno resi privi la compatibilità a lungo termine ricercata per applicazioni cliniche e gli studi di neuroscienze longitudinale a livello di singoli neuroni.
Per ovviare a questi inconvenienti, abbiamo cercato di confondere la linea tra i sistemi neurali ed elettroniche attraverso lo sviluppo di un nuovo paradigma di "tessuto-come" sonde neurale definito rete elettronica16,21,24. Rete elettronica risolve i problemi di corrispondenza sopra in dimensioni, meccanica e topologia incorporando caratteristiche (1) strutturali della stessa nanometro a scala di dimensione micrometrica del tessuto neurale, (2) caratteristiche meccaniche simili a quelle del tessuto cerebrale e (3) un 3D macroporoso topologia che è > 90% open space e così può ospitare compenetrazione di neuroni e di diffusione delle molecole attraverso l'ambiente extracellulare. Rete elettronica sonde possono essere consegnati precisamente a regioni specifiche del cervello attraverso una siringa e un ago, causando un danno acuto minimo mentre impiantare anche nel profondo del cervello regioni21,25. Assoni e soma neuronale sono stati indicati per si compenetrano la struttura di sonda elettronica open mesh 3D all'interno di post-iniezione settimane, creando così un'interfaccia senza soluzione di continuità, privo di gliosi tra registrazione elettronica e che circonda il cervello tessuto21 , 26 , 27. queste caratteristiche uniche hanno permesso maglia elettronica sonde monitorare stabilmente l'attività chiodando da singoli neuroni stessi nel corso di almeno un anno della scala cronologica27. Inoltre, la realizzazione dell'elettronica di rete basato su fotolitografia (PL) fornisce elevata scalabilità del numero di elettrodi che possono essere incorporati, con dimostrata canale conta fino a 128 elettrodi per sonda usando Litografia semplice maschera di contatto 28 e un design di (i/o) di input/output plug-and-play che consente rapidi collegamenti elettrici all'interno periferica elettronica senza attrezzature specializzate29.
Una vasta gamma di studi può beneficiare di incorporare maglia elettronica protocolli di misura. Maggior parte degli esperimenti di registrazione intracortical potrebbero beneficiare di procedura di impianto minimamente invasiva di maglia electronics tramite iniezione della siringa, la risposta immunitaria drasticamente ridotta dopo impianto, e la possibilità di lasciare in rete elettronica nella tessuto durante l'istologia successiva e immunostaining per l'analisi precisa dell'ambiente biologico che circonda ogni sito di registrazione. Esperimenti di registrazione cronica in particolare ricaveranno valore dalla capacità unica di rete elettronica per tenere traccia di un numero elevato di singoli neuroni per mesi o anni. Questa funzionalità crea opportunità per gli studi con risoluzione di singoli neuroni che erano precedentemente impraticabili, come gli studi longitudinali di invecchiamento dei circuiti neurali, le indagini del cervello in via di sviluppo e richieste nella patogenesi di spongiformi trasmissibili16.
In questo protocollo, descriviamo tutti passaggi la chiave in un esperimento di registrazione neurali tipici del mouse utilizzando mesh iniettabile siringa elettronica (vedere la Figura 1). Passaggi descritti includono la fabbricazione di elettronica di maglia in un possibile processo di standard basati su PL a molte università, caricamento rete elettronica in aghi capillari standard, iniezione stereotassica di maglia elettronica in vivo, collegamento dei maglia I/O di strumentazione standard interfacce, sessioni di registrazione trattenuto o liberamente commovente e sezionamento istologica del tessuto cerebrale contenente rete elettronica. Alcuni ricercatori utilizzando mesh elettronica solo per gli studi di istologia non possono esigere l'interfaccia elettrica e registrazione, nel qual caso essi possono saltare questi passaggi. Dopo familiarizzare con questo protocollo, gli investigatori dovrebbero avere tutte le conoscenze necessarie per utilizzare la rete elettronica nei loro esperimenti.

<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

Sonde di elettrofisiologia del cervello impiantabili sono strumenti preziosi in neuroscienze dovuto la loro capacità per registrare l'attività neurale con alta risoluzione spazio-temporale da regioni cerebrali superficiali e profonde. Loro uso è stato ostacolato, tuttavia, di squilibri meccanici e strutturali tra le sonde e il cervello dei tessuti che comunemente portare a micromotion e gliosi con conseguente instabilità negli esperimenti di registrazione cronica del segnale. Al contrario, dopo l'impianto di rete ultraversatile elettronica tramite iniezione della siringa, la mesh sonde forma un'interfaccia senza soluzione di continuità, privo di gliosi con il tessuto cerebrale circostante che consente il rilevamento stabile di singoli neuroni su almeno un anno scala cronologica. Dettagli di questo protocollo i passaggi chiave in un esperimento di registrazione neurali tipici del mouse utilizzando siringa-iniettabili in rete elettronica, tra cui la fabbricazione della rete elettronica con standard basati su fotolitografia processo possibile a molte università, caricamento rete elettronica in aghi capillari standard, iniezione stereotassica in vivo, connessione della mesh input/output per le interfacce di strumentazione standard, trattenuto o sessioni di registrazione, liberi di muoversi e istologica del cervello di sezionamento tessuto contenente rete elettronica. Rappresentante neurale registrazioni e dati di istologia sono presentati. Gli investigatori hanno familiari con questo protocollo avrà le conoscenze necessarie per incorporare i loro esperimenti di rete elettronica e sfruttare le opportunità uniche offerte fornendo un'interfaccia neurale stabile a lungo termine, quali gli studi di invecchiamento processi, lo sviluppo del cervello e la patogenesi della malattia di cervello.

Risultati variano in base la specie animale nello studio, la regione del cervello mirato, il tempo trascorso ad iniezione e la quantità di danno acuto inflitto durante l'iniezione e il successo dei / o interfacciamento procedura, tra gli altri fattori. Unità singola chiodando attività potrebbero non essere fino a 1 giorno (nel caso di aghi di diametro interno 150 µm) per 1 settimana dopo l'iniezione e spike ampiezze possono variare fino a 4 – 6 settimane. Figura 9 Mostra dati elettrofisiologici rappresentativi da una sonda elettronica di 32 canali maglia iniettato l'ippocampo e la corteccia somatosensoriale primaria di un topo adulto maschio C57BL/6J. Potenziali di circa 300-µV ampiezza campo locale (LFPs) sono stati registrati su tutti i 32 canali e attività chiodando unitario è stata registrata su 26 canali. Il LFPs e picchi isolati è rimasta simile tra 2 e 4 mesi, suggerendo un'interfaccia altamente stabile tra registrazione elettronica e neuroni in questo periodo di tempo prolungato. La figura 10 Mostra risultati rappresentativi di sezionamento istologico e immunostaining del tessuto cerebrale contenente maglia elettronica 1 anno dopo l'iniezione. Macchiando per NeuN, un marker per somata neurale e il neurofilament, un indicatore per gli assoni neurali, non rivela poca o nessuna perdita di densità del tessuto al sito di iniezione, implicando l'interfaccia senza soluzione di continuità tra il rete elettronica ed il tessuto cerebrale. Ulteriormente la macchiatura per GFAP (un indicatore per gli astrociti) rivela livelli di vicino a fondo dei astrocytes intorno rete elettronica, che indica che la sua presenza suscita poco cronica risposta immunitaria.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig1.jpg"> Figura 1: passaggi in un siringa-iniettabili maglia elettronica esperimento. Questo protocollo descrive tutti i passaggi chiave in un esperimento di registrazione neurali roditore tipico utilizzando rete elettronica. Esperimenti di solito comporta, in ordine di attuazione, (1) fabbricazione di rete elettronica, (2) caricamento della rete elettronica nel capillari aghi, iniezione (3) stereotassica di maglia elettronica nel cervello, I/O (4) elettrici interfacciamento in mesh elettronica, registrazioni trattenute o liberamente commovente (5) e (6) maglia/tessuto di sezionamento e la macchiatura per istologia. In alcuni studi, si potrebbero desiderare solo dati di istologia, nel qual caso è possibile saltare i passaggi (4) e (5). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig2.jpg"> Figura 2: disegno schematico raffigurante la procedura di fabbricazione per l'elettronica di rete plug-and-play della regione periferica ultraversatile (riga superiore), staminali interconnessioni regione (riga centrale) e regione I/O (riga inferiore). (A) SU-8 photoresist negativo (rosso) è modellato con maschera di PL-1 per definire il fondo passivante strato di ogni sonda elettronica di rete plug-and-play. (B) Patterning con maschera-2 PL, evaporazione termica e a sollevamento metalliche definire Au interconnessioni e pastiglie I/O (oro). (C) Patterning con maschera-3 PL, evaporazione del fascio di elettroni e a sollevamento metalliche definire Pt elettrodi (blu). (D) SU-8 photoresist negativo (rosso) è modellato con PL mask-4 per definire lo strato passivante. Aperture in SU-8 vengono lasciate ogni elettrodo Pt e I/O pad. (E) A completamento della maglia sonda elettronica con caselle tratteggiate che indicano le posizioni ampliate nel top, middle e righe di fondo. Photomask file di progettazione sono disponibili dalla richiesta da parte degli autori o il sito di risorse, meshelectronics.org. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig3.jpg"> Figura 3: fotografie e immagini al microscopio ottico del plug-and-play mesh elettronica. (A) piastrella immagini al microscopio ottico di una sonda elettronica di siringa-iniettabili maglia con i/o plug-and-play. La sonda era imaged dopo il completamento di fabbricazione i passi nella Figura 2 , ma prima del rilascio dal substrato Ni-rivestito. Caselle tratteggiate corrispondono da sinistra a destra per le sezioni della regione periferica ultraversatile, staminali e della regione di I/O ingrandita in C, D ed E, rispettivamente. Barra della scala = 1 mm (B) fotografia di un wafer di 3 pollici Si contenenti 20 completato maglia elettronica sonde. Barra della scala = 20 mm. (C) immagine al microscopio ottico di 20 µm elettrodi di registrazione Pt diametro della regione ultraversatile dispositivo. Barra della scala = 100 µm. (D) immagine al microscopio ottico ad alta densità au interconnessioni nella regione staminali. Ogni interconnessione Au è elettricamente isolato e collega un singolo elettrodo di Pt per un singolo pad di I/O. Barra della scala = 100 µm. (E) ottico microscopio immagine delle pastiglie di I/O. Ogni pad è composto da un'area comprimibile maglia e un'area continua di film sottile situato sullo stelo. Non-conduttivo SU-8 nastri collegare le parti della maglia delle pastiglie insieme per aiutare a mantenere l'allineamento. Barra della scala = 200 µm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig4.jpg"> Figura 4: montaggio dell'apparecchio per portaaghi capillare durante l'iniezione. Fotografia (A) dei componenti dell'apparato. I componenti includono (1) un ago capillare di vetro, (2) un supporto per pipette, (3) una circolare vite di fermo per il possessore della pipetta e (4) una cono rondella per il titolare della pipetta. Articoli (2) a (4) sono inclusi con l'acquisto di un titolare di pipetta. La freccia indica l'uscita di Dispensare titolare che deve essere incollato chiuso con resina epossidica. (B) fotografia del titolare pipetta dopo il montaggio e l'inserzione di un ago capillare di vetro. La resina epossidica aggiunta è visibile presso l'uscita superiore del supporto pipetta (contrassegnata dalla freccia) e tubazione capillare collega il pipetta titolare ad una siringa (non mostrata). (C) fotografia del titolare della pipetta e l'ago capillare dopo l'attacco al telaio stereotassica con un morsetto ad angolo retto terminale. Barre della scala sono 1 cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig4large.jpg" target="_blank">per favore clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig5.jpg"> Figura 5: caricamento di mesh elettronica in vetro aghi. (A) illustrazione schematica della procedura di caricamento per l'elettronica di rete plug-and-play. Un ago di vetro è posizionato verso la fine di I/O di una sonda elettronica di rete mentre è sospeso in soluzione. Lo stantuffo della siringa è poi ritirato manualmente per disegnare con la sonda elettronica di maglia. Posizionamento ideale è con la regione di dispositivo ultraversatile solo all'interno dell'estremità dell'ago. (B) fotografie corrispondente (A) di una sonda elettronica di rete viene caricata in un ago di vetro. Scala bar = 2 mm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig5large.jpg" target="_blank">per favore clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig6.jpg"> Figura 6: schematico della stazione chirurgia stereotassica. Una cornice stereotassica motorizzata (A) con annesso Dispensare titolare viene utilizzata per posizionare l'ago nella regione del cervello desiderata. La posizione dell'ago e caricato maglia elettronica sono monitorati con una lente obiettiva e collegato la fotocamera (B) e visualizzati su un computer (C). Una pompa a siringa (D) scorre precisi volumi di soluzione fisiologica attraverso l'ago, permettendo per iniezione accurata, controllata di maglia elettronica nella regione cerebrale desiderata. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig6large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig7.jpg"> Figura 7: Plug-and-play I/O procedura di interfacciamento. (A) An FFC substrato di bloccaggio è fissato con cemento dentale adiacente il craniotomy. (B) elettronica di rete Plug-and-play stereotassicamente vengono iniettate nella regione del cervello desiderato utilizzando il metodo di FoV. (C), l'ago, con le pastiglie di I/O della maglia elettronica sonda ancora all'interno, viene riposizionato sopra la FFC substrato di bloccaggio. (D) flusso viene ripreso attraverso l'ago per espellere le pastiglie di I/O sulla FFC substrato di bloccaggio. (E) le pastiglie di I/O sono piegati a 90 ° rispetto al gambo, si svolse con il conduttore lato rivolto verso l'alto e asciugato in luogo. (F) la FFC substrato è tagliata con le forbici a una linea retta ca. 0,5 mm dal bordo delle pastiglie I/O. Substrato in eccesso viene tagliato via per consentire l'inserimento in un connettore ZIF a 32 canali. (G), il / o pastiglie sono inserite in un connettore ZIF 32 canali montato su un PCB personalizzato. Il connettore ZIF è agganciato chiuso per fare contatto con le pastiglie di I/O. (H), il fermo è cementato chiuso, il PCB è capovolto sul cranio, e il PCB è fissato con cemento dentale. (io) il PWB forma un headstage compatto con un connettore standard amplificatore per facile interfacciamento durante le sessioni di registrazione. Scala bar = 1 cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig7large.jpg" target="_blank">per favore clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig8.jpg"> Figura 8: registrazioni sobrie e liberamente commovente. (A) fotografia di un topo C57BL/6J maschio in un dispositivo di ritenuta durante una sessione di registrazione. Un PCB di 32 canali preamplificatore è stato inserito nel connettore standard amplificatore. (B) fotografia dello stesso mouse con 32 canali preamplificatore PCB durante un esperimento di registrazione liberamente commovente. Scala bar = 1 cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig8large.jpg" target="_blank">per favore clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig9.jpg"> Figura 9: risultati rappresentativi registrazione neurali. (A) rappresentante LFP mappe di calore da 32 canali maglia sonde elettronica iniettati nel mouse ippocampo e la corteccia somatosensoriale. I dati sono stati registrati mentre il mouse liberamente esplorato la sua gabbia a 2 mesi (in alto) e 4 mesi (in basso) post-iniezione. LFP ampiezza è color-coded secondo la barra dei colori a destra. Le tracce filtrate passa-alto (nero) che mostrano l'attività chiodando sono overlaid su spettrogramma per ciascuno dei 32 canali. (B) punte isolati dopo l'ordinamento dei dati tracciati in (A). Attività chiodando unitario è stata rilevata su 26 dei 32 canali entrambi 2 mesi dopo l'iniezione (in alto) e dopo l'iniezione 4 mesi (in basso). I numeri sopra ogni cluster di picchi corrispondono ai numeri di canale a (A). Questa figura è stata modificata da Fu, et al. 28. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig9large.jpg" target="_blank">per favore clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58003/58003fig10.jpg"> Figura 10: risultati istologici rappresentativi. Schema (A) che illustrano l'orientamento della rete elettronica all'interno orizzontale (pannello centrale) e sagittale fette del cervello (pannello inferiore). (B) immagine al microscopio di fluorescenza di una fetta di spessore corticale cerebrale un anno dopo l'iniezione di una sonda elettronica di 16 canali maglia di 10 µm. La fetta è stato immunostained per NeuN (verde). (C) la stessa fetta di cervello immunostained per neurofilament (rosso). (D) la stessa cervello fetta immunostained per GFAP (ciano). (E), A immagine composita di (B) a (D) mostrando il maglia elettronica/tessuto interfaccia con etichetta NeuN (verde), neurofilamenti (rosso), GFAP (ciano) e mesh elettronica (blu). Scala bar = 100 µm. Questa figura è stata modificata da Fu et al. 27. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/58003fig10large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
Supplementare Video 1: ripetuto caricamento e iniezione di elettronica di maglia in soluzione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58003/video1.mp4">Per favore clicca qui per scaricare questo file.</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

Rete elettronica sonde perfettamente integrano e forniscono stabile, a lungo termine, singoli neuroni livello registrazione all'interno del cervello. Questo protocollo utilizza la rete elettronica per esperimenti in vivo , che coinvolgono la realizzazione di rete elettronica, caricamento in aghi, iniezione stereotassica, l'interfaccia di ingresso/uscita, esperimenti di registrazione e l'istologia del tessuto contenente mesh le sonde.

Siringa-iniettabili Mesh elettronica per elettrofisiologia roditore cronica stabile

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

Estrazione dei lipidi cellulari per analisi mirate Stabile diluizione isotopica cromatografia liquida-spettrometria di massa

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

Ricerca

Bioingegneria

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

Valutazione di Biomateriali per l&#39;ampliamento vescicale con analisi cistometrici in modelli di roditori vari

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

Ingegneria 3D Cellularized collagene Gel per Vascolare Rigenerazione Tissutale

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

Ripopolamento cellule epiteliali e preparazione di roditori matrice extracellulare Ponteggi per lo sviluppo del tessuto renale

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

Studiare Soft-materia e sistemi biologici per una lunghezza scala larga da nanometri e micrometro Taglie al piccolo angolo Neutron Diffrattometro 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

Piattaforma microfluidica con multiplex di rilevamento elettronico per spaziale monitoraggio di particelle

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

Roditore comportamentali test per valutare deficit funzionali causati da microelettrodo impianto nella corteccia di motore del ratto

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

Nanosensori per rilevare attività della proteasi In Vivo per la diagnostica non invasiva

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

Robot morbido bioispirato con microelettrodi incorporati

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

Valutazione elettrofisiologia cardiaca preclinica mediante mappatura ottica a doppia tensione e calcio delle fette cardiache di organitypica umana

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