使用可生物降解粘合剂固定刚性支撑体插入柔性神经探针

本实验的总体目标是利用临时性刚性支撑物，将柔性薄膜神经探针植入组织中。首先设计并制备与探针匹配的定制硅基刚性支撑物，其内部通道填充可溶解的聚乙二醇；第二步是使用倒装芯片键合机将该支撑物与探针进行组装。

接下来，将刚性化的探针组件插入目标组织。最后一步是让聚乙二醇溶解并抽出探针杆。最终，所展示的方法可用于将柔性微电极探针植入神经组织，以进行体内记录和刺激。

该技术在神经系统疾病临床治疗方面具有应用前景，因为可移除的刚性支撑层能够实现柔性的植入式器件，从而减少不良的组织反应。与现有的软化材料等方法相比，该技术的主要优势在于能够精确插入任意长且细的探针。利用绝缘体上硅晶圆制备带有吸液通道的硅质刚性支撑层，其中器件层的厚度应等于所需支撑层的厚度。

使用标准博世工艺在等离子体刻蚀机中干法刻蚀导流通道。然后通过较长的边缘定义加强筋轮廓，该边缘停止在埋氧层上。现在用49%氢氟酸湿法刻蚀埋氧层，以释放加强筋。

然后将释放加强片浸泡在去离子水中15分钟。接着将一粒聚乙二醇放入储液池中，置于加强片的标签处。

将增强片加热至 65 摄氏度，使聚乙二醇熔化并通过毛细作用吸入通道中，然后冷却至室温使其固化。将增强片倒置放置在倒装芯片键合机的基底平台上。

然后使用工具头拾取补强板。接着，利用倒装芯片键合机将探针倒置放置在基底平台上。对齐补强板与探针。

然后将加强件放至探针上。将组件加热至65摄氏度，持续1分钟，使聚乙二醇重新熔化，从而将加强件粘附到探针上。随后冷却使其固化，翻转组件，从顶部检查并再次加热至65摄氏度，使聚乙二醇完全填充探针与加强件之间的界面。

将探头朝上，在标签区域熔化一到三个额外的聚乙二醇小球，以对该区域提供额外加固。最后，让组件冷却，使聚乙二醇固化，组件即可用于外科植入。在丙烯酸盒中，用磷酸盐缓冲液（PBS）配制0.6%琼脂糖凝胶，用PBS饱和凝胶，并加热至37摄氏度。

然后安装琼脂糖凝胶的显微操作仪装置盒和显微摄像系统。将一根玻璃制参考标记物插入凝胶装置盒中。接着，使用牙科探针调整参考标记物上的特征，使其与数字显微镜的视野对齐成方形。

将探针加强片组件安装到显微操作器时，将加强片标签的背面粘附到可固定于显微操作器的夹具上，注意避免将粘合剂接触到探针。使用一小块粘性橡皮暂时固定探针连接端至夹具，以便后续以较小的力轻松移除。将探针组件置于凝胶上方，位置位于参考标记后约一毫米处。

然后使用摄像头引导，将探针插入凝胶中，到达视野内的预定深度。立即从微操纵器上取下探针的连接端，并将其固定在附近的支撑面上，例如第二个操纵器臂上。此操作必须在标签上的聚乙二醇开始溶解之前完成。

为避免探针移位，请先拍摄探针位置的快照。注意参考标记特征可能略微失焦。在标签附近施加生理盐水，以溶解位于aros凝胶上方的聚乙二醇，并可在标签处根据需要开始视频采集。

现在开始通过施加100微米的位移以每秒5毫米的速度提取加强件。然后以约0.1毫米/秒的较慢速度完成该加强件的提取。提取完成后，使用图像处理工具对探针位置拍摄最终快照。

比较加劲条提取前后的图像。利用参考标记中在视野内可见的特征，精确叠加图像。根据探针上已知特征的尺寸，校准图像的比例尺。

现在测量叠加图像上探针位移的距离。该插入技术与LLNL薄膜聚酰胺探针联合使用，此类探针已通过ISO 10993生物相容性标准，适用于慢性植入。采用AROS凝胶测试来量化特定探针加强材料与粘合剂组合下的平均探针位移。

例如，这些前后快照显示探针位移了 29 微米。这些单个神经元的尖峰信号来自植入大鼠皮层的柔性微电极探针，该探针带有可移除的刚性支撑结构。在此方法建立之后，我们已能够植入多种构型的探针，包括双侧器件以及具有多个分支的探针。

该技术为神经科学领域的研究人员探索行为动物模型中的长时间神经活动铺平了道路。