CN106618563A - 轻型可重复使用的微电极推进器及其埋置方法 - Google Patents

轻型可重复使用的微电极推进器及其埋置方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻型可重复使用的微电极推进器，包括基板、导向针、活动块、螺丝和导管，所述导向针竖向设置在基板上，所述活动块沿导向针滑动，所述螺丝与活动块螺纹配合，所述螺丝轴向通过限位结构固定，通过螺丝转动带动活动块沿导向针移动，所述导管位于活动块上以对微电极进行导向。本发明的微电极推进器结构紧凑，体积小、重量轻，可重复使用，特别适用于小型啮齿类动物(小鼠)研究，可以在小型啮齿类动物的脑部布置至少两个本发明的微电极推进器。同时，本发明还提供了一种微电极埋置方法，该方法可以在小型啮齿类动物(小鼠)的两(多)个脑区同时缓慢地、精确地推进植入多通道记录电极，并进行稳定记录。

Description

轻型可重复使用的微电极推进器及其埋置方法
技术领域
本发明涉及一种轻型可重复使用的微电极推进器及其埋置方法。
背景技术
记录不同脑区间群体神经元的同步发放活动，是研究神经环路功能的重要方法之一。而将微电极阵列准确、稳定埋置到不同目标脑区则是多通道细胞外记录的关键。现有微电极推进器往往具有以下不足之处：(1)体积大，使得小型啮齿类动物(如小鼠)头部仅能安放一个微电极推进器，从而给两个或者多个脑区的同步记录造成困难，特别是在非左右对称的脑区进行同步记录。(2)重量大，这会给小型啮齿类动物头部增加过多负荷，从而限制自由活动的能力。(3)与信号记录接口直接硬性连接。在这种情况下，插入或拔出信号记录接头会使电极尖端发生微小的移动(>15um)，从而降低信号长时程记录的稳定性。(4)不能重复使用，增加实验人员的使用费用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题之一是提供一种微电极推进器，结构紧凑，体积小、重量轻，可重复使用，适用于小型啮齿类动物研究。
本发明要解决的技术问题之二是提供一种微电极埋置方法，该方法可以在小型啮齿类动物(小鼠)的两(多)个脑区同时缓慢、精确地推进植入多通道记录电极，进行稳定记录，同时不影响型啮齿类动物的自由活动。
就微电极推进器而言，包括基板、导向针、活动块、螺丝和导管，所述导向针竖向设置在基板上，所述活动块沿导向针滑动，所述螺丝与活动块螺纹配合，所述螺丝轴向通过限位结构固定，通过螺丝转动带动活动块沿导向针移动，所述导管位于活动块上以对微电极进行导向。
进一步地，所述限位结构包括上板、下板、上螺帽和下螺帽，所述上板和下板分别位于活动块的上下两侧，且均与导向针固定连接，所述螺丝自由穿过上板和下板，所述上螺帽和下螺帽分别与螺丝上下两端固定连接并分别抵靠在上板的上表面和下板的下表面上。
进一步地，所述基板、导向针、活动块、螺丝、导管、上板以及下板分别为牙科水泥板、排针、排针胶块、铜螺丝、聚丙酰胺管、上PCB板和下PCB板。
进一步地，还包括将导向针底部和下螺帽包裹的散状黏土层，所述牙科水泥板将黏土层包裹并与下板连接。
本发明的微电极推进器的有益效果：
1、本发明的微电极推进器结构紧凑，体积小、重量轻，适用于小型啮齿类动物研究，可以在小型啮齿类动物的脑部布置至少两个本发明的微电极推进器。
2、本发明的微电极推进器与信号记录接头之间采取柔性链接，信号记录接头不与微电极推进器直接相连，避免信号记录接头插入或拔出时对微电极推进器稳定性的损害。
3、本发明的微电极推进器可被重复使用：基板上的下螺帽和排针均被黏土覆盖，既保证螺丝自由转动，又使牙科水泥易于被清除，重新添加黏土和水泥后，装置即可重新使用。
就微电极埋置方法而言，包括如下步骤：
S1.对小鼠进行预处理：使用异氟烷气体麻醉小鼠，固定其颅骨并保持颅骨水平；脱去小鼠颅顶部毛发，碘伏清洁皮肤，7 5％酒精脱碘，切开皮肤，去除结缔组织，暴露顶部颅骨，暴露范围从前囟前1mm到小脑上方；使用10％双氧水清洁手术区，再用生理盐水反复冲洗，并利用镊子轻刮顶部颅骨，使颅骨表面粗糙。
S2.定位标记：使用定位臂检测颅骨是否水平，前囟和后囟的高度差需小于200um。之后，将定位针重新移动至前囟，并在坐标为前囟后1.8mm，右侧旁开1.2mm和左侧旁开1.2mm的颅骨区域进行定位标记；
S3.在小脑上方的颅骨区域安装参考电极和地线电极螺丝；
S4.使用牙科水泥覆盖参考和地线电极螺丝，在颅骨上方建立正方形的牙科水泥墙；
S5.使用颅钻，在颅骨定位出打磨出两个面积为1mm2的骨窗；
S6.将两个微电极推进器上的电极丝分别植入左、右侧脑组织中，初始植入深度均为600-800μm，两个微电极推进器分别对应左右侧脑组织，再将已植入电极丝的微电极推进器的基板固定在牙科水泥墙上；
进一步地，还包括如下步骤：
S7.在牙科水泥墙的四个外表面上各粘附一片等边三角形铜网；
S8.将信号记录接头焊接在两侧竖起的铜网上；
S9.将四片铜网相互焊接固定，形成信号记录的屏蔽网；
S10.在铜网底面与肌肉组织相邻出涂上牙科水泥，以减少肌肉组织点活动对细胞外记录信号的干扰；
S11.使用绷带将铜网上端开口封住，以防止异物进入记录区域；
S12.将动物放回饲养盒，单笼饲养。
本发明的微电极埋置方法的有益效果：
1、本发明的微电极埋置方法，可以在小型啮齿类动物(小鼠)的两(多)个脑区同时缓慢地、精确地推进植入多通道记录电极；
2、本发明的微电极埋置方法，将与微电极连接的信号记录接头安装在微电极推进器外围的铜网上，信号记录接头与微电极推进器与之间采取柔性连接，故长时程记录稳定。
3、本发明的微电极埋置方法，微电极推进器外围的铜网可以对外界干扰电信号形成屏蔽，并可以减少肌肉组织活动对细胞外记录信号产生干扰。
附图说明
图1为本发明一种微电极推进器及其埋置方法的结构示意图；
附图标记：
1-基板、2-导向针、3-活动块、4-螺丝、5-导管、6-上板、7-下板、8-上螺帽、9-下螺帽、10-黏土层。
具体实施方式
实施例1
本实施例为一种微电极推进器，包括基板1、导向针2、活动块3、螺丝4和导管5，基板1作为微电极推进器的底板用于支撑其他零件，而导向针2竖向设置在基板1上，活动块3沿导向针2滑动，螺丝4与活动块3螺纹配合，螺丝4轴向通过限位结构固定，即限位结构使螺丝4仅能转动而不能轴向移动，这样，通过螺丝4转动就可以带动活动块3沿导向针2移动。导管5位于活动块3上以对微电极进行导向。
使用时，将微电极推进器放置于实验动物脑部上，微电极穿入导管5后插入脑颅内，转动螺丝4驱动活动块上下移动从而可以改变微电极的埋入深度。
限位结构具体包括上板6、下板7、上螺帽8和下螺帽9，上板6和下板7分别位于活动块3的上下两侧，且均与导向针2固定连接，螺丝4自由穿过上板6和下板7，上螺帽8和下螺帽9拧在螺丝4上下两端后再焊接在螺丝4上，即上、下螺帽8、9分别与螺丝4上下两端固定连接，上螺帽8的下表面抵靠在上板6的上表面上，下螺帽9的上表面抵靠在下板7的下表面上。当螺丝向下旋拧时，上板6对上螺母8形成阻碍，螺丝4只能旋转而不能向下移动，此时活动块3在螺纹作用下上升。同理，当螺丝4向上旋拧时，下板7对下螺帽9形成阻碍，螺丝4只能旋转而不能向上移动，此时活动块3在螺纹作用下下降。
基板1、导向针2、活动块3、螺丝4、导管5、上板6和下板7分别为牙科水泥板、排针、排针胶块、铜螺丝、聚丙酰胺管、上PCB板和下PCB板。其中：铜螺丝直径1mm，螺距280μm，排针胶块长8mm x宽2mm x高1.5mm，聚丙酰胺管内径100μm。
还包括将导向针2底部和下螺帽9包裹的散状黏土层10，牙科水泥板将黏土层包裹并与下板7连接。一方面黏土层10能够保证螺丝和下螺帽9自由转动，另一方面，牙科水泥板易于被清除，基板以上部分可以重复使用。
本发明的微电极推进器的制作方法是：
S1.使用丝锥在排针胶块上形成螺纹孔，在形成螺纹孔时，注意丝锥与排针胶块的角度务必垂直；
S2.用钻头在上、下PCB板上分别钻光孔，光孔的直径以铜螺丝可以自由通过为基本要求；
S3.在铜螺丝拧入上螺帽；
S4.将旋有上螺帽的铜螺丝由上至下穿过上PCB板；
S5.再将该铜螺丝旋拧并穿过排针胶块的螺纹孔；
S6.将铜螺丝穿过另一块已扩大的双孔PCB板，并在其末端再拧上一颗螺帽；
S7.将排针从上至下依次穿过PCB板、排针胶块和另一PCB板。
S8.在推进器顶部，焊接PCB板与排针，并将螺丝头与螺帽之间的缝隙焊接；
S9.在推进器底部，焊接PCB板与排针，并将螺丝底部与螺帽相焊接；
S10.使用螺丝刀旋转螺帽，检查排针胶块沿排针和铜螺丝的移动情况；
S11.如果排针胶块移动良好，使用黏土包裹底部螺帽和排针，再用牙科水泥包裹整个推进器底部，待其凝固干燥。
S12.使用牙科水泥，在排针胶块的一侧，垂直粘附安装一块铁片11。
S13.将4根1cm的聚丙酰胺管平行粘附在铁片上，用于后期安装微电极；
S14.在排针胶块上安装一个折弯的夹持杆12，在该夹持杆上焊接信号记录接头，将微电极丝依次与信号记录接头连接，备用。
本发明的微电极推进器整体质量轻(约1克)、体积小(长8mm x宽2mm x高15mm)，适用于在小鼠两(多)个脑区的多通道细胞外同步记录实验。
实施例2
本实施例为一种使用实施例1中的微电极推进器进行埋置微电级的方法，也就是一种微电级埋置方法，该方法包括以下步骤：
S1.对小鼠进行预处理：使用异氟烷气体麻醉小鼠，固定其颅骨并保持颅骨水平；脱去小鼠颅顶部毛发，碘伏清洁皮肤，75％酒精脱碘，切开皮肤，去除结缔组织，暴露顶部颅骨，暴露范围从前囟前1mm到小脑上方；使用10％双氧水清洁手术区，再用生理盐水反复冲洗，并利用镊子轻刮顶部颅骨，使颅骨表面粗糙。
S2.定位标记：使用定位臂检测颅骨是否水平，前囟和后囟的高度差需小于200um。之后，将定位针重新移动至前囟，并在坐标为前囟后1.8mm，右侧旁开1.2mm和左侧旁开1.2mm的颅骨区域进行定位标记；
S3.在小脑上方的颅骨区域安装参考电极和地线电极螺丝；
S4.使用牙科水泥覆盖参考和地线电极螺丝，在颅骨上方建立正方形的牙科水泥墙；
S5.使用颅钻，在颅骨定位出打磨出两个面积为1mm2的骨窗；
S6.将两个微电极推进器上的电极丝分别植入左、右侧脑组织中，初始植入深度均为600-800μm，两个微电极推进器分别对应左右侧脑组织，再将已植入电极丝的微电极推进器的基板固定在牙科水泥墙上；
进一步地，还包括如下步骤：
S7.在牙科水泥墙的四个外表面上各粘附一片等边三角形铜网；
S8.将信号记录接头焊接在两侧竖起的铜网上；
S9.将四片铜网相互焊接固定，形成信号记录的屏蔽网；
S10.在铜网底面与肌肉组织相邻出涂上牙科水泥，以减少肌肉组织点活动对细胞外记录信号的干扰；
S11.使用绷带将铜网上端开口封住，以防止异物进入记录区域；
S12.将动物放回饲养盒，单笼饲养。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种轻型可重复使用的微电极推进器，其特征在于：包括基板、导向针、活动块、螺丝和导管，所述导向针竖向设置在基板上，所述活动块沿导向针滑动，所述螺丝与活动块螺纹配合，所述螺丝轴向通过限位结构固定，通过螺丝转动带动活动块沿导向针移动，所述导管位于活动块上以对微电极进行导向。
2.根据权利要求1所述的轻型可重复使用的微电极推进器，其特征在于：所述限位结构包括上板、下板、上螺帽和下螺帽，所述上板和下板分别位于活动块的上下两侧，且均与导向针固定连接，所述螺丝自由穿过上板和下板，所述上螺帽和下螺帽分别与螺丝上下两端固定连接并分别抵靠在上板的上表面和下板的下表面上。
3.根据权利要求2所述的轻型可重复使用的微电极推进器，其特征在于：所述基板、导向针、活动块、螺丝、导管、上板和下板分别为牙科水泥板、排针、排针胶块、铜螺丝、聚丙酰胺管、上PCB板和下PCB板。
4.根据权利要求3所述的轻型可重复使用的微电极推进器，其特征在于：还包括将导向针底部和下螺帽包裹的散状的黏土层，所述牙科水泥板将黏土层包裹并与下板连接。
5.一种微电极埋置方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.对小鼠进行预处理：使用异氟烷气体麻醉小鼠，固定其颅骨并保持颅骨水平；脱去小鼠颅顶部毛发，碘伏清洁皮肤，75％酒精脱碘，切开皮肤，去除结缔组织，暴露顶部颅骨，暴露范围从前囟前1mm到小脑上方；使用10％双氧水清洁手术区，再用生理盐水反复冲洗，并利用镊子轻刮顶部颅骨，使颅骨表面粗糙。
S2.定位标记：使用定位臂检测颅骨是否水平，前囟和后囟的高度差需小于200um。之后，将定位针重新移动至前囟，并在坐标为前囟后1.8mm，右侧旁开1.2mm和左侧旁开1.2mm的颅骨区域进行定位标记；
S3.在小脑上方的颅骨区域安装参考电极和地线电极螺丝；
S4.使用牙科水泥覆盖参考和地线电极螺丝，在颅骨上方建立正方形的牙科水泥墙；
S5.使用颅钻，在颅骨定位出打磨出两个面积为1mm2的骨窗；
S6.将两个微电极推进器上的电极丝分别植入左、右侧脑组织中，初始植入深度均为600-800μm，两个微电极推进器分别对应左右侧脑组织，再将已植入电极丝的微电极推进器的基板固定在牙科水泥墙上。
6.根据权利要求5所述的微电极埋置方法，其特征在于：还包括如下步骤：
S8.在牙科水泥墙的四个外表面上各粘附一片等边三角形铜网；
S9.将信号记录接头焊接在两侧竖起的铜网上。
7.根据权利要求6所述的微电极埋置方法，其特征在于：还包括如下步骤：
S10.将四片铜网相互焊接固定，形成信号记录的屏蔽网；
S11.在铜网底面与肌肉组织相邻出涂上牙科水泥，以减少肌肉组织点活动对细胞外记录信号的干扰；
S12.使用绷带将铜网上端开口封住，以防止异物进入记录区域；
S13.将动物放回饲养盒，单笼饲养。
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