Tension de polarisation, voltampérométrie cyclique, et la spectroscopie d'impédance électrique pour des interfaces neuronales

1. Mettre en place l'instrument Electrochimie L'instrumentation Electrochimie comme un PGSTAT Methrohm Autolab (Utrecht, Pays-Bas) est nécessaire pour l'EIE, CV et de rajeunissement. Le FRA2 add-on permet l'EIE, et le multiplexeur de canal (MUX) add-on est utile pour tester multi-canaux électrodes. Construire un adaptateur headstage pour raccorder le canal MUX à l'headstage. Effectuez les connexions. Connecter le travail et des électrodes de détection sur le canal MUX, et connecter la référence et contre-électrodes à la partie de l'adaptateur headstage connecté au trajet de retour de courant, typiquement une vis osseuse implanté en acier inoxydable ou en titane. 2. Spectroscopie d'impédance électrique Démarrez le réponse de l'analyseur de fréquence (FRA) du logiciel, et de vérifier les paramètres du fichier de procédure. La procédure devrait être mis à l'essai deux multi-sine des formes d'onde de chaque composé de 15 sinus simultanément allant de 10 Hz à 30kHz. La tension appliquée doit être de 25 mV ou moins (voir les méthodes complémentaires). Ouvrez et modifiez le fichier de projet. Le projet utilise le fichier de procédure, une boucle à travers chaque canal, et enregistre le résultat (voir les méthodes complémentaires). Connectez sujet animal avec un passif (pas d'amplificateurs) headstage. Headstages actifs ne passera pas les signaux d'entrée. Exécutez le fichier de projet. Chaque canal prend des dizaines de secondes en fonction de paramètres. Affichage et interpréter les résultats. Analyser les fichiers texte de sortie avec MATLAB (Cambridge, MA), et de faire un diagramme de Nyquist. Un demi-cercle à des fréquences plus élevées indique une réaction tissulaire. 3. Voltampérométrie cyclique Démarrez le système général de But Electrochimie (GPES) logiciel, et de vérifier les paramètres du fichier de procédure. La procédure doit être mis à balayer la tension de 50 mV / s dans les limites de l'hydrolyse, qui est entre 0,8 et -0,6 V pour les matériaux d'électrodes typiques neuronaux (Pt,Ir, IrOx). Au moins trois balayages doit être exécuté pour le système pour atteindre l'équilibre. Les résultats de l'analyse finale sont enregistrés (voir les méthodes complémentaires). La vitesse de balayage peut être augmentée à 1 V / s pour réduire le temps de mesure, mais la forme de la courbe IV sera susceptible de changer si la vitesse de balayage est plus rapide que les réactions de transfert de charge se produisant à l'interface électrode-tissu. Ouvrez et modifiez le fichier de projet. Le projet utilise le fichier de procédure, une boucle à travers chaque canal, et enregistre le résultat (voir les méthodes complémentaires). Connectez sujet animal avec un headstage passive. Exécutez le fichier de projet. Chaque canal prend environ trois minutes en fonction de paramètres. L'augmentation de la vitesse de balayage à 1 V / s réduit le temps de la mesure à une dizaine de secondes par canal. Affichage et interpréter les résultats. Analyser les fichiers texte de sortie avec MATLAB, et de tracer la relation IV. La charge la capacité de charge est quantifiée par l'intégration de la régiondu courant cathodique dans le CV. 4. Rajeunissement Démarrez le système général de But Electrochimie (GPES) logiciel, et de vérifier les paramètres du fichier de procédure. En utilisant les étapes et la méthode de Sweeps, la procédure devrait être réglée à l'étape de la tension à 1,5 V pour une durée de 4 secondes (voir les méthodes complémentaires). Ouvrez et modifiez le fichier de projet. Le projet utilise le fichier de procédure, une boucle à travers chaque canal, et enregistre le résultat (voir les méthodes complémentaires). Connectez sujet animal avec un headstage passive. Exécutez le fichier de projet. Chaque canal prend une dizaine de secondes. 4.5) Recueillir des données relatives à l'EIE et de CV et interpréter les résultats. 5. Les résultats représentatifs Un flux de travail typique, y compris les enregistrements, EIS, CV et de rajeunissement, est montré dans la figure 1. Enregistrements et SIE sont recueillis le plus souvent (quotidienne ou hebdomadaire) sur tous les canaux, tandis que CV etle rajeunissement peut être utilisé si l'activité de dopage n'est plus détectable. Changements EIS au cours de jours à quelques semaines après une électrode est implantée. Lorsque l'EIE de données est affiché comme un diagramme de Nyquist, un demi-cercle à des fréquences plus élevées (près de l'origine) est indicative de la réponse tissulaire à l'emplacement de l'électrode (figure 2). CV produit un courant-tension (IV) affichant une courbe d'hystérésis. Le chiffre le plus pertinent CV est la charge de la capacité de charge, la zone comprise entre la courbe IV normalisée par la surface du site d'électrode (figure 3a). Électrodes avec capacité de charge importante sont préférés pour les micro-stimulation. Au cours de rajeunissement une impulsion de tension est appliqué, qui entraîne habituellement la capacité de charge accrue et une diminution des grandeurs d'impédance (figure 3a et b). Dopage peut aussi être rétabli dans les canaux qui avaient auparavant des pointes (figure 4a). Alors que le rajeunissement ne dispose que de court terme des effets sur l'impédance et le signal-à-pasise (SNR), cette technique peut être appliquée quotidiennement. Figure 4b & c montre tous les jours pré-et post-rajeunissement 1 magnitude kHz Impédance et les données SNR pour un tableau de 16 canaux implantés en Guinée porc cortex. Rajeunissement a un effet robuste sur l'abaissement de l'ampleur à 1 kHz Impédance par un ordre de grandeur après chaque application. À la suite de signaux récupérés et une impédance plus faible, SNR augmente après chaque séance de rajeunissement. En fin de compte, tous les signaux ont été perdus à la suite de 160 jours après l'implantation et le rajeunissement n'était plus efficace. Figure 1. EIS est mesurée après chaque session d'enregistrement. Si aucune des pointes sont enregistrées sur un canal, qui avait auparavant pointes, et l'EIS représente une composante du tissu grande qui a augmenté au fil du temps, puis CV et le rajeunissement sont jugés sur ce canal. EIE et les enregistrements sont ensuite utilisés pour déterminer si le traitement a réussi. <p class="Jove_content"> Figure 2. Données de l'EIS affichées dans un diagramme de Nyquist d'un site de l'électrode immédiatement après l'implantation (en bleu), et 4 mois plus tard (en vert). Chaque point sur la parcelle de Nyquist représente l'impédance réelle et imaginaire à une seule fréquence. Un demi-cercle partielle due au tissu autour du site est évidente à des fréquences plus élevées. Figure 3. CV et l'EIS changements d'une électrode d'oxyde d'iridium implanté pré-et post-rajeunissement. (A) augmente la surface de rajeunissement de la courbe IV correspondant à une charge de capacité de transmission accrue. (B) Un changement significatif dans la specra impédance de la baisse des niveaux d'impédance est généralement observée après le rajeunissement. Figure 4. Effects de tension de polarisation sur les enregistrements et d'impédance. (A) pré-et post-rajeunissement enregistrements montrent des pics peuvent être récupérés sur les canaux qui étaient auparavant silencieuse. Daily pré-et post-rajeunissement se traduit par une robuste (B) baisse de 1 magnitude impédance kHz et (C) augmentation de la SNR d'environ 150 jours après la chirurgie. Errorbars représentent l'erreur-type à partir des données recueillies à partir d'un tableau à 16 canaux implantés en Guinée porc cortex.