Syringe-injectable Mesh Electronics for Stable Chronic Rodent Electrophysiology

这种方法可以帮助回答神经科学领域的关键问题，例如衰老过程如何在大脑中表现出来，大脑如何发育，以及脑部疾病如何起源和发展。这种技术的主要优点是网状电子设备一旦植入大脑，就不会在神经胶质增生中引发慢性免疫反应，并允许与周围的神经组织无缝集成。演示该程序的是 Lieber Group 的研究生 Tao 周 和 Lieber Group 的博士后 Jung Min Lee。

首先，将干净的硅晶片加载到热蒸发器中并蒸发 100 纳米的镍。接下来，以每分钟 400 转的速度将 SU-8 2000.5 负性光刻胶旋涂到晶圆上，使 SU-8 厚度约为 400 至 500 纳米。将晶圆加载到掩模对准器中，以曝光带有光刻掩模的 SU-8，一个对应于底部网格 SU-8 层。

以每平方厘米 100 毫焦耳的 I 线剂量曝光。他们将晶圆浸入 SU-8 显影剂的托盘中。轻轻搅拌溶液 2 分钟，直到 SU-8 中的网状图案完全显影。

然后，在一盘异丙醇中冲洗晶圆 1 分钟并吹干。将威化饼放在 180 摄氏度的热板上硬烤 1 小时。然后，以每分钟 4， 000 转的速度将 LOR 3A 旋涂到晶圆上，厚度约为 300 纳米。

旋涂 S1805 正性光刻胶以每分钟 4， 000 转的速度处理，厚度约为 500 纳米。随后，将晶圆加载到掩模对准器中，以暴露带有光刻掩模 2 的 S1805，对应于金属互连和输入、输出焊盘。以每平方厘米 40 毫焦耳的 H 线剂量曝光，然后将晶圆浸入 CD-26 光刻胶显影剂托盘中。

轻轻搅拌溶液 1 分钟，直到金属互连图案完全显现。在装有去离子水的托盘中冲洗晶片 1 分钟，然后吹干。接下来，热蒸发 3 纳米的铬，然后是 80 纳米的金。

将晶圆浸入装有去除剂 PG 的平烧杯中约三个小时，直到金属完全底切，仅将金属留在网状电子设备所需的互连和输入、输出焊盘区域。重复旋涂、光刻、蒸发和剥离，在电极区域留下 3 纳米的铬和 50 纳米的铂。随后，重复 SU-8 的旋涂和光刻以定义顶部 SU-8 网格层。

用 50 瓦的氧气等离子体处理晶片 1 分钟。然后，将晶片浸入镍蚀刻溶液中约三个小时，直到网状电子元件完全从硅晶片中释放出来。使用巴斯德移液管将释放的网状电子探针从镍蚀刻转移到 100 毫升去离子水烧杯中。

然后，将网状电子元件转移到装有去离子水的新鲜烧杯中至少三次，以确保冲洗。要将网状电子元件装入针头中，请将玻璃毛细管针头插入装有网状电子元件的 100 毫升 PBS 烧杯中。将针头的末端靠近网状电子探针的输入、输出焊盘，然后手动缩回注射器以将网状电子探针吸入针头中。

当注射器柱塞仍浸入盐水中时，推拉注射器柱塞，以调整针头内网状电子元件的位置。要将网状电子设备注入小鼠大脑，请使用牙钻和立体定位框架在颅骨上所需的坐标处打开开颅手术。在远离注射部位的地方打开第二个开颅手术，以插入不锈钢绘图螺钉或电线。

然后，用牙科粘接剂将夹紧基材固定在颅骨上。在基材上进行大约 1 毫米宽的切口可以提高手术后期折叠步骤的可靠性。然后，使用直角端夹将移液器支架和包含网状电子设备的针头安装到立体定位框架中。

将移液器支架的侧面出口连接到一个 5 毫升注射器上，该注射器用 0.5 至 1 米长的毛细管固定在注射泵中。然后，使用立体定位框架将针尖定位在大脑内所需的起始位置。定位相机，使其在玻璃针内显示网状电子探针的顶部。

通过将注射泵设置为低速并按下 start（启动）来启动液流。如果网状电子探针在针内没有移动，请缓慢增加流速。当网状电子探头开始在针头内移动时，使用立体定位框架以与网状电子探头注射相同的速度缩回针头，以网状电子探针的标记原始位置为导向。

继续流出生理盐水并缩回针头，直到针头离开颅骨。然后，停止注射泵的液流。在此过程中，使用立体定位框架小心地将针头穿过间隙引导到平坦、灵活的电缆夹紧基板，用注射泵流动溶液，在网状电子互连中产生松弛。

一旦针头位于夹紧基板上方并穿过间隙，以快速恢复流动，以将网状电子元件输入、输出焊盘注入到夹紧基板上。使用镊子和移液管将输入、输出焊盘弯曲成 90 度角，尽可能靠近第一个输入、输出焊盘。一旦输入、输出焊盘对齐并折叠，并与网杆成 90 度角，用轻轻流动的压缩空气将它们就地干燥。

在距离输入、输出焊盘边缘约 0.5 至 1 毫米的窄边缘切割夹紧基板。此外，切掉夹紧基板的外来部分，这些部分会阻碍插入 PCB 安装的 32 通道 zif 连接器。然后，将输入、输出焊盘插入 PCB 上的 zif 连接器并关闭闩锁。

使用测量电子设备测量通道和接地螺钉之间的阻抗，以确认连接成功。如果阻抗值过高，请解锁 zif 连接器，调整插入，然后重新测试，直到确认连接成功。随后，用牙科粘结剂覆盖 zif 连接器和裸露的网状电子元件互连器以进行保护。

在基板的间隙处翻转 PCB，并用水泥将 PCB 固定在鼠标头骨上。对于自由移动的录音，请在插入前置放大器 PCB 并将参考螺钉接地后，将鼠标从限制器中释放。在鼠标自由行动时使用数据采集系统记录所需的时间长度。

此处显示的是注射到小鼠海马体和体感皮层的 32 通道网状电子探针的代表性局部场热图。当小鼠在注射后 2 个月和 4 个月自由探索其笼子时记录数据。局部场势振幅根据右侧的颜色条进行颜色编码。

显示尖峰活动的黑色高通滤波器迹线叠加在 32 个通道中每个通道的频谱图上。以下是对绘制的数据进行排序后分离出的尖峰。在 32 个通道中的 26 个通道中检测到单个单位的加标活性，均在注射后 2 个月和注射后 4 个月。

在尝试此过程时，请务必记住测试 I/O 接口，以确认与网状电子探针的电气连接成功。测量阻抗有助于排除任何问题的根源，对于识别接口或制造问题至关重要。按照此程序，可以进行组织学研究每个记录的电极周围的细胞环境。

与传统的刚性脑探针不同，网状电子元件可以在组织学过程中留在组织中，从而可以将电生理学数据与免疫组织化学分析精确关联起来。