Summary
Mevcut protokol, gaz biriktirme ve sulu çözelti reaksiyonları yoluyla yüzey modifikasyonu işlemleri sırasında silikon düzlemsel intrakortikal mikroelektrotların işlenmesi için kullanılan araçları açıklamaktadır. Prosedür boyunca cihazları işlemek için kullanılan bileşenlerin montajı ayrıntılı olarak açıklanmaktadır.
Abstract
İntrakortikal mikroelektrotlar büyük terapötik potansiyele sahiptir. Ancak mütevazı implantasyon sürelerinden sonra önemli performans düşüşü ile karşı karşıya kalmaktadırlar. Gözlenen düşüşe önemli bir katkıda bulunan, implantın proksimalindeki nöral dokuya verilen hasar ve ardından nöroinflamatuar yanıttır. Cihazın ömrünü uzatma çabaları, doku tepkisini iyileştirmek için cihaz yüzeyine kimyasal modifikasyonlar veya kaplama uygulamalarını içerir. Bu tür yüzey işlemlerinin geliştirilmesi tipik olarak, amaçlanan uygulama için gerekli olan elektriksel bileşenlerden yoksun fonksiyonel olmayan "kukla" problar kullanılarak tamamlanır. İşlevsel cihazlara çeviri, intrakortikal mikroelektrot dizilerinin kırılganlığı göz önüne alındığında ek dikkat gerektirir. Taşıma aletleri, özellikle uzun prosedürel süreler gerektiren modifikasyonlar için, monte edilmiş cihazlara yüzey işlemlerini büyük ölçüde kolaylaştırır. Burada açıklanan taşıma aletleri, gaz fazı biriktirme ve sulu çözeltiye maruz kalma yoluyla uygulanan yüzey işlemleri için kullanılır. Kaplamanın karakterizasyonu elipsometri ve x-ışını fotoelektron spektroskopisi kullanılarak gerçekleştirilir. İşlevsel cihazlarda kaplama prosedüründen önce ve sonra elektriksel empedans spektroskopisi kayıtlarının karşılaştırılması, modifikasyonu takiben cihaz bütünlüğünü doğruladı. Açıklanan araçlar, kimyasal uyumluluğu koruyan alternatif elektrot cihazları ve arıtma yöntemleri için kolayca uyarlanabilir.
Introduction
Nöroprotez cihazları, omurilik yaralanması, Amyotrofik Lateral Skleroz (ALS), serebral palsi ve amputasyonları olanlar da dahil olmak üzere çok çeşitli hasta popülasyonlarında bozulmuş veya bulunmayan duyusal ve motor yetenekleri geri kazanmayı amaçlamaktadır 1,2,3. İntrakortikal mikroelektrotlar (IME'ler), kortikal nöronlar ile nöroprotezleri kontrol etmek için kullanılan cihazlar arasında bir iletişim yolu oluşturabilir. İntrakortikal mikroelektrotların belirgin bir avantajı, nöral sinyalleri yüksek uzamsal ve zamansal çözünürlükte kaydetme yetenekleridir, bu da sonraki sinyal işleme ve beyin-bilgisayar arayüzlerinin kontrolü için tercih edilir 4,5. Ne yazık ki, intrakortikal mikroelektrotların performansı, implantasyondan sonraki aylar ila bir yıl içinde önemli ölçüde azalır 2,6,7,8. Sinyal kalitesi ve kararlılığının kaybı, teknolojinin uygulanmasını olumsuz yönde etkiler.
Gözlenen performans düşüşüne önemli bir katkıda bulunan, implantasyonla ilişkili doku hasarına ve kronik nöroinflamasyona verilen biyotik yanıttır 9,10,11. IME'lerin implantasyonu beyin dokusuna zarar verir ve reaksiyoner hücresel savunma süreçlerinin kaskadlarını başlatan sinyal moleküllerinin salınmasına neden olur. Kronik arayüz, yabancı cisim tepkisini şiddetlendirir ve cihaza proksimal dokuya zarar veren sürekli nöroinflamasyona yol açar; genellikle nöroinflamasyon, skarlaşma ve lokal nörodejenerasyon semptomları olarak kabul edilir ve sinyal kalitesinin kaydının azalmasına katkıda bulunur12,13,14,15. Sürüklenmiş aktif mikroglia ve makrofajlara sahip yoğun bir astrosit kümelenmesinden oluşan elektrodu kapsülleyen skar, azaltılmış malzeme taşınması ve enflamatuar faktörlerin lokal birikimi ile elverişsiz bir yerel ortam yaratır16,15,16,17,18.
Birçok çalışma, beynin intrakortikal mikroelektrotlara tepkisini veya yanıtı hafifletmek için yaklaşımları tanımlamıştır7. Doku tepkisini iyileştirmeye yönelik araştırma ve geliştirme, genel yapı, yüzey topolojisi, malzemeler ve kaplamalar uygulamasında değişiklikler de dahil olmak üzere bir dizi strateji içermektedir. Bu çabalar, implantasyon olayından kaynaklanan hasarı en aza indirmeyi, cihaz ile proksimal hücreler arasında daha elverişli bir arayüz oluşturmayı veya cihazlar implante edildikten sonra doku gerginliğini azaltmayı amaçlamaktadır7. Özellikle kronik biyolojik yanıtı hedef alan yöntemler, implantasyon bölgesini stabilize etmeyi ve kimyasal olarak hücre sağlığını geliştirmeyi amaçlayan çeşitli biyoaktif kaplamalara yol açmıştır. Örnekler arasında poli (etilen dioksitiyofen) (PEDOT) 19,20, karbon nanotüpler 21, hidrojeller22 gibi iletkenpolimerler ve spesifik hücresel süreçleri hedeflemek için biyoaktif moleküllerin ve ilaçların eklenmesi23,24,25 sayılabilir. Özellikle araştırma grubumuz, implante mikroelektrotlara verilen enflamatuar yanıtın azaltılmasını teşvik etmek için, cihaz implantasyonu 26 ile ilişkili travmayı en aza indirmek, cihaz / doku sertliği uyumsuzluğunu en aza indirmek 27,28,29,30,31,32,33, sterilizasyonu optimize etmek dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere birçok mekanizmayı araştırmıştır. prosedürler34,35, oksidatif stresi / hasarı azaltmak 28,36,37,38,39,40,41,42, alternatif elektrot malzemelerini keşfetmek 43 ve doğal hücre dışı matrisin nano-mimarisini taklit etmek 44,45,46 . Son zamanlarda ilgi çekici olan, mikroelektrot doku arayüzündeki nöroinflamatuar yanıtı doğrudan hafifletmek için biyomimetik yüzey kaplamalarının geliştirilmesidir39.
Arayüzün modifikasyonu, sinyal kaydı için gerekli olan yarayı ve proksimal dokuyu doğrudan hedeflemenin benzersiz yararını sunar. İmmün yanıtı şiddetlendirmeden iyileşmeyi destekleyen bir yüzey işlemi, kaliteli kayıt ömrüne fayda sağlayabilir ve intrakortikal mikroelektrotların terapötik ve araştırma potansiyelini gerçekleştirmedeki sınırlamaları ortadan kaldırabilir. Sunulan çalışma, cihazların kırılganlığını barındırırken uzun reaksiyon süreleri gerektiren mikroelektrot dizilerine yüzey işlemleri uygulamak için yöntemleri detaylandırmaktadır. Sunulan teknik, yüzey modifikasyon yöntemlerini, cihazın tedavi uygulaması boyunca kullanılamadığı fonksiyonel cihazlarla paylaşmayı amaçlamaktadır. Araçlar, işlevsel olmayan kukla probları ve fonksiyonel silikon düzlemsel mikroelektrot dizilerini işlemek için sunulmuştur.
Elektrot yüzeyini değiştirmek için sunulan yaklaşım, gaz fazı birikimi ve sulu çözeltilerle reaksiyon için fonksiyonel olmayan kukla probların veya fonksiyonel silikon düzlemsel elektrot dizilerinin güvenli bir şekilde askıya alınmasına izin verir. Bu kırılgan cihazları işlemek için birkaç 3D baskılı parça kullanılır (Şekil 1 ve Şekil 2). Mn (III) tetrakis (4-benzoik asit) porfirinin (MnTBAP) immobilizasyonunu içeren antioksidatif bir kaplama ile yüzey modifikasyonu için hem gaz hem de çözelti fazı adımlarını kullanan bir prosedüre bir örnek verilmiştir. MnTBAP, inflamasyon aracılığı47,48 gösterilmiş antioksidan özelliklere sahip sentetik bir metalloporfirindir. İşlevsel silikon düzlemsel elektrot dizileri hakkında sağlanan örnek, işlevsel olmayan cihazlar40 için daha önce bildirilen bir protokole yapılan bir güncellemeyi doğrulamaktadır. Munief ve ark.'nın bir gaz fazı biriktirme tekniğinin uyarlanması, protokolün fonksiyonel elektrotlarla uyumluluğunu destekler49. Gaz fazı birikimi, aktif MnTBAP'yi hareketsiz hale getirmek için karbodiimid çapraz bağlayıcı kimyasını içeren sulu reaksiyona hazırlık olarak yüzeyi amin işlevselleştirmek için kullanılır. Burada geliştirilen taşıma metodolojisi, diğer kaplamalara ve benzeri cihazlara uyum sağlamak için değiştirilebilen bir platform olarak sağlanmaktadır.
Protokol, fonksiyonel silikon düzlemsel elektrot dizilerine benzer boyutlara sahip bir silikon sap ve 3D baskılı sekmeden oluşan işlevsel olmayan kukla probları kullanarak yaklaşımı göstermektedir. Cihazın konektör ambalajı, verilen talimatta işlevsel olmayan kukla probun 3D baskılı sekmesine benzer olarak kabul edilir.
Şekil 1: Bir vakum kurutucusunda gaz fazı biriktirme sırasında fonksiyonel cihazların taşınması için 3D baskılı parçalar. (A) Yapının tabanı, 1 cm x 1 cm numune silikon kareleri (üst ok) için tutucular ve kurutucu plakaya (alt ok) sabitlemek için delikler içerir. (B) Plaka, cihazların süspansiyonunu sabitlemek için kullanılır. Bundan sonra, bu şekildeki her parça parça 1A veya 1B parçası olarak anılacaktır. Ölçek çubuğu = 1 cm. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Sulu çözeltide meydana gelen yüzey reaksiyonu için fonksiyonel cihazların taşınması için 3D baskılı parçalar. (A) Kültür plakasının kapağına yapıştırılacak kılavuz parça. (B) Montaj sırasında (C) ve (D) parçalarını stabilize etmek için kullanılan tezgah üstü parçalar. (C) ve (D) birlikte kuyu plakasına yerleştirilmek üzere cihazların süspansiyonunu sabitler ve (E) ayrıca (C) ve (D) parçalarını kuyu plakası kapağına sabitler. Bundan sonra, bu şeklin her panelindeki ayrı ayrı parçalar, bu şeklin panel numarasına karşılık gelen parça numaraları olarak anılacaktır. Ölçek çubuğu = 1 cm. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
3D baskı için tüm kodlama dosyaları Ek Kodlama Dosyaları 1-16'da sağlanmaktadır. Temsili sonuçlarda sağlanan analiz, ticari olarak edinilen fonksiyonel silikon düzlemsel elektrot dizileri kullanılarak tanımlanmıştır (bkz.
1. Vakumlu kurutucuda gaz fazı biriktirme için taşıma tertibatı
NOT: Gaz fazı biriktirme sırasında cihazların taşınması ve tutulması için monte edilmiş aparatlar Şekil 3'te gösterilmiştir. Adım 1.1-1.8, cihazların biriktirilmek üzere aparata yerleştirilmesi için gereken prosedürü açıklar (Şekil 4A).
Şekil 3: Gaz fazı biriktirme sırasında fonksiyonel cihazların taşınması için 3D baskılı parçaların montajı. Montaj, kaplanacak numuneler olmadan resmedilmiştir. Vidalar ve kanat somunları, 1A ve 2B parçalarını birbirine sabitlemek için kullanılır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Kaplanacak numunelerin montajı ve yerleştirilmesi görüntüsü. Bu şema, bir vakum kurutucusu içinde sabitlenmiş gaz fazı biriktirme sırasında fonksiyonel cihazların kullanımını açıklar. (A) Parça 1A'ya yerleştirilen çift taraflı poliimid bant ve 1B üzerine yerleştirilmiş köpük bant. (B) Bant üzerine sabitlenmiş cihazlar. (C) 1B ila 1A parçalarını sabitlemek için vidalar ve kanat somunları kullanılır ve düzenek, fermuarlı kablo bağları (kırmızı oklar) kullanılarak kurutucu tepsisine tutturulur. (D) 1 cm x 1 cm silikon kare numuneler ilgili tutuculara yerleştirilir. (E) Alüminyum tartım kabı ve basınç göstergesi, kurutucuya gösterilen yönde yerleştirilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
- Yüzey işlemi için, cihazların substrat malzemesinden 1 cm x 1 cm kare numuneler alın.
- Silikon numuneleri için (bu protokol için seçilmiştir), silikon gofreti bir gofret doğrama makinesi kullanarak 1 cm x 1 cm kareler halinde kesin (bkz.
- 1A (Şekil 1A, Ek Kodlama Dosyası 1, Ek Kodlama Dosyası 2) ve 1B (Şekil 1B, Ek Kodlama Dosyası 3, Ek Kodlama Dosyası 4) parçalarını yazdırın veya edinin.
- Çift taraflı poliimid bandı parça 1A'ya takın ve parça 1B'ye tek taraflı yapıştırıcı ile 1/8 "kalınlığında köpük şerit takın.
- Cihazın konektör ambalajını parça 1A'daki banda yapıştırın.
NOT: Konektörün bant üzerindeki ideal yönü, Şekil 4B'de gösterildiği gibi sapı kenar üzerinde asılı bırakacaktır. - Parça 1A ve parça 1B'yi birlikte sabitleyin (Şekil 4C). Delikleri hizalayın ve paslanmaz çelik vidalar ve kanat somunları kullanarak sabitleyin (bkz.
- Fermuarlı bağlar kullanarak, Şekil 4C'de gösterildiği gibi parça 1A'nın altındaki delikleri kullanarak tertibatı vakum kurutucu tepsisine sabitleyin.
- Mümkünse, kare malzeme örneklerini çerçevenin altındaki yarıklara yerleştirin (Şekil 4D). Burada örnek olarak 1 cm x 1 cm kare silikon gofret doğranmış örnekler kullanılmıştır.
NOT: Tam malzemenin, cihaza bağlı olarak değişecek olan işlenmiş cihazın substratıyla eşleşmesi gerekecektir. - Çözeltiyi, güvenli tertibatın karşısındaki vakum kurutucusu içinde uygun bir kaba yerleştirerek ve güvenli tertibata uygun olarak gaz fazı biriktirmeyi tamamlayın.
NOT: Alüminyum tartım tabakları, burada örnek olarak (3-Aminopropil) trietoksisilan (APTES) birikimi için kap olarak kullanılmıştır.- Tam basıncı kaydetmek için kurutucunun içine bir vakum göstergesi yerleştirin (bkz. Kurutucu kapağının portunu güvenli tertibatın yanına ve çözeltiye uygun olarak konumlandırın (Şekil 4E).
NOT: Bu gaz fazı biriktirme yöntemiyle ilgili daha fazla ayrıntı, daha önce yayınlanmış bir Referans49'da açıklanmıştır.
- Tam basıncı kaydetmek için kurutucunun içine bir vakum göstergesi yerleştirin (bkz. Kurutucu kapağının portunu güvenli tertibatın yanına ve çözeltiye uygun olarak konumlandırın (Şekil 4E).
2. Sulu çözelti yoluyla yüzey reaksiyonu için taşıma tertibatı
NOT: Sulu faz biriktirme ve yüzey işlemi sırasında cihazların taşınması ve tutulması için bileşenler ve monte edilmiş aparatlar Şekil 5-7'de gösterilmiştir. Aşağıdaki adımlar, cihazları biriktirme ve tedavi için aparata yerleştirmek için gereken prosedürü detaylandıracaktır.
Şekil 5: Sulu çözeltide meydana gelen yüzey reaksiyonu için fonksiyonel cihazların taşınması için 3D baskılı parçaların montajı . (A) Kültür plakasının kapağına yapıştırılacak kılavuz parça. (B) Masaüstü parça, montaj sırasında (C) ve (D) parçalarını stabilize etmek için kullanılmıştır. (C) ve (D) birlikte, kuyu plakasına yerleştirilmek üzere cihazların süspansiyonunu güvence altına alır. (E) (C) ve (D) parçalarını kuyu plakası kapağına daha fazla sabitler. Çift taraflı poliimid bant (C)'nin alt kısmına yerleştirildi ve köpük bant (D) nin alt kısmına yerleştirildi (her ikisi de kırmızı kutulu). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: 6 kılavuzlu hücre kültürü plaka kapağı (parça 2A). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 7: Çözelti reaksiyonu için probların emniyete alınması ve yüklenmesi için sıra. Parçaların rengi, görüntüdeki netlik için bu şekilde değiştirildi. Bunlar Şekil 5 ve Şekil 6 ile aynı parçalardır. (A) Parça 2C, parça 2B'ye yerleştirilir ve cihaz, 2C'nin bantlanmış kısmına sabitlenir. (B) Parça 2D, cihaz sapını askıya alan bir montaj oluşturmak için parça 2C'ye sığar. (C) 2C, 2D ve cihazın montajı, kılavuz kullanılarak kuyu plakasının kapağına dikkatlice yerleştirilir. (D) Parça 2E, kapağı daha da sabitlemek için montajın üstüne oturur. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
- Cihazın elektrot dizisini çözelti içinde askıya almak için kuyu plakası için bir kapak oluşturun (Şekil 6). Bu protokol, 24 delikli bir plakanın kullanımını açıklar.
- Dikdörtgen delikleri 19 mm x 10,5 mm boyutlarında, bir lazer kesici kullanarak veya bir kutu kesici ile manuel olarak kuyu plakasının kapağına kesin. Delik sayısını tedavi için istenen cihaz sayısıyla eşleştirin.
NOT: Montaj kolaylığı için, kuyu plakası başına altı cihazın işlenmesi veya en azından bitişik olmayan kuyucukların üzerine delikler yerleştirilmesi önerilir (Şekil 6). - Uygun sayıda kılavuzu yazdırın veya edinin (parça 2A (Şekil 2A), Ek Kodlama Dosyası 5, Ek Kodlama Dosyası 6).
- Kılavuzları kapağa sabitlemek için siyanoakrilat yapıştırıcı kullanın. Kılavuzların dikdörtgen deliğinin Şekil 6'da gösterildiği gibi tıkanmadığından emin olmak için yapıştırma sırasında kılavuzlardaki ve kapaklardaki dikdörtgen delikleri hizalayın.
- Dikdörtgen delikleri 19 mm x 10,5 mm boyutlarında, bir lazer kesici kullanarak veya bir kutu kesici ile manuel olarak kuyu plakasının kapağına kesin. Delik sayısını tedavi için istenen cihaz sayısıyla eşleştirin.
- Kuyu plakasını, işlemin gerçekleşeceği yerlerde istediğiniz çözelti ile doldurun. Örneğin, çözelti MES tamponunda EDC ve Sulfo-NHS'den (bkz. Malzeme Tablosu) oluşur.
NOT: Çözeltinin hacmi, elektrot cihazının boyutlarına bağlı olacaktır. Michigan tarzı mikroelektrot dizileri için (bkz. Malzeme Tablosu) 8,6 mm'lik düşük profilli konektörlere ve 3 mm'lik şaft uzunluğuna sahip ~9 mm boşluk50'dir. 2 mL'lik çözeltinin kullanılması, cihazın sapının tamamen suya batırılmasını sağlarken, cihazın geri kalanını reaksiyon çözeltisinden uzak tutacaktır.- Yüzey işlemini doğrulamak için substrat numuneleri kullanılıyorsa, kare malzeme numunelerini plakanın bir kuyucuğuna yerleştirin ve reaksiyon çözeltisine batırın.
- Cihazları bir kuyu kapağında güvenli bir şekilde askıya alın (bkz. Malzeme Tablosu). Sıralama Şekil 7'de gösterilmiştir.
- Bant parçası 2B (Şekil 2B, Ek Kodlama Dosyası 7, Ek Kodlama Dosyası 8) bir tezgaha (Şekil 7A).
- Parça 2C'nin tabanını örtmek için çift taraflı poliimid bant yerleştirin (Şekil 2C, Ek Kodlama Dosyası 9, Ek Kodlama Dosyası 10).
- Parça 2D'nin tabanını örtmek için tek taraflı yapıştırıcılı 1/8" köpük bant yerleştirin (Şekil 2D, Ek Kodlama Dosyası 11, Ek Kodlama Dosyası 12).
- Parça 2C'yi parça 2B'nin oluğuna yerleştirin (Şekil 7A).
- Cihazın konektör ambalajını, cihaz sapının uzunluğu askıya alınacak şekilde yönlendirilmiş bandın üzerine yapıştırın (Şekil 7B).
- Cihazı parça 2D'yi ( Şekil 7'de turuncu renkle gösterilmiştir) parça 2C'ye kaydırarak sabitleyin. Bu tertibat, cihazı takım parçaları arasında etkili bir şekilde sabitler (Şekil 7B).
- Montajın kenarlarını tutarak, parça 2A'dan çıkarmak için dikkatlice kaldırın.
- 2C ve 2D parçaları üzerindeki dışa bakan yarım daireleri, parça 2A'daki ilgili kılavuzlarla hizalayarak tertibatı kapağa takın ( Şekil 7C'de yeşil renkle gösterilmiştir).
- Kılavuzların üzerine parça 2E'ye (Şekil 2E) basarak güvenli montaj yerleşimi (Şekil 7D, Ek Kodlama Dosyası 13, Ek Kodlama Dosyası 14'te yeşil renkle gösterilmiştir).
- Çözeltinin sürekli karıştırılmasından fayda sağlayan reaksiyonlar için, kuyu plakasını çalkalayın. Monte edilmiş kuyu plakasını bir çalkalayıcı tablasına aktarın ve 100 rpm'nin altındaki hızlarda çalıştırın.
- Birden fazla çözelti bazlı reaksiyon veya yıkama adımı isteniyorsa, kapağı uygun kuyucuklara dağıtılan istenen çözelti (ler) ile dikkatlice yeni bir kuyu plakasına aktarın.
NOT: Adım 2.4 isteğe bağlıdır. - Cihazları kuyu plakasından çıkarın.
- Bir tezgah üstüne bant parçası 2B.
- 2E parçasını kapaktan çıkarın.
- Cihazı tutan tertibatı kuyu plakasından dikkatlice çıkarın.
- Düzeneği, parça 2C tezgaha ve parça 2D'ye bakacak şekilde yukarı bakacak şekilde yönlendirin. Cihazın sapının tezgaha paralel olması gerekir. Montajın 2C parçasını, montajı bir araya getirirken daha önce tamamlandığı gibi (adım 2.3.4) parça 2B'ye yerleştirin.
- 2D parçasını 2C parçasından dikkatlice ayırarak ayırın. Bu görev için stabilite sağlamak için tezgaha parça 2C'nin tırnaklarına hafif bir basınç uygulayın.
NOT: Bu kullanımı kolaylaştırmak için 2C'nin tırnakları 2B'ninkinden daha uzundur. - Banddan çıkarmak ve cihazı istenen saklama kabına aktarmak üzere cihazın konektör ambalajını tutmak için forseps kullanın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Taşıma bileşenlerinin kullanımını göstermek için, bir oksidan mediatörün immobilizasyonunu aktif silikona uyarlamak için açıklanan metodoloji uygulanmıştır. Bu kimyanın oksidatif stresi azaltmak için IME'lere uygulanması, Potter-Baker ve ark. tarafından tasarlanmış ve fonksiyonel olmayan silikon kukla problar40 üzerinde gösterilmiştir. Bu yüzey işlemi, antioksidan MnTBAP'ı, amin fonksiyonelleştirmesi yoluyla UV / ozon ile aktive edilmiş silikon yüzeyine ve ardından karbodiimid çapraz bağlama kimyası51 ile immobilize eder. Amin fonksiyonelleştirmesi, gaz fazı birikimi ve sulu reaksiyon yoluyla karbodiimid çapraz bağlama kimyası yoluyla tamamlanır. Bu deneyler, kaplama yönteminin malzeme analizine izin vermek için ticari olarak temin edilebilen Michigan tarzı mikroelektrot dizileri ve silikon kare örnekler kullanılarak gerçekleştirilmiştir (bkz.
İlk olarak, amin fonksiyonelleştirmesi aminosilan, (3-Aminopropil) trietoksisilan (APTES) kullanılarak gerçekleştirildi. APTES'in gaz fazı birikimi, Munief ve ark.49 tarafından tanımlanan yöntemlerin bir uyarlamasını kullandı. Cihazlar, gaz fazı tedavisi için açıklanan işleme protokolünü takiben 3D baskılı araçlar kullanılarak güvenli bir şekilde askıya alındı. Daha sonra, 400 μL sıvı APTES, vakumlu kurutucu içindeki bir alüminyum kaba yerleştirildi. Kurutucu kapağı yerleştirildi ve vakum 20 dakika boyunca ~ 25 psi'ye çekildi. 20 dakika sonra vakum serbest bırakıldı. Yeni bir alüminyum kaba taze bir 400 μL sıvı APTES yerleştirildi. Vakum, 20 dakika daha ~ 25 psi'ye çekildi. 20 dakika sonra, APTES ikinci kez yenilendi ve vakum 24 saat 52 boyunca ~25 psi'de tutuldu. Amin fonksiyonelleştirmesini takiben, MnTBAP'yi hareketsiz hale getirmek için karbodiimid çapraz bağlama kimyası kullanıldı. 2-(N-Morpholino)etansülfonik asit (MES) tamponunda 1-[3-(Dimetilamino)propil]-3-etilkarbodiimid metiyodide (EDC) ve N-Hidroksisülfosüksinamid sodyum tuzu (Sulfo-NHS) kullanılarak standart prosedür daha önce tarif edildiği gibikullanılmıştır 40. 3D baskılı aletler, cihazları reaksiyon çözeltisini içeren kuyucuklara astı.
İşlevselleştirme reaksiyonlarının tamamlanmasını takiben, sırasıyla APTES (adım 1) ve MnTBAP (adım 2) varlığını doğrulamak için elipsomtry ve x-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) gerçekleştirildi. Başarılı APTES birikimini ve MnTBAP immobilizasyonunu doğrulamak için her kaplama işlemi adımını analiz etmek için 1 cm x 1 cm'lik silikon kareler kullanılmıştır. 12 silikon numunenin merkezinden alınan elipsomtry ölçümleri, 7 Å'lik teorik tek katman kalınlığına kıyasla, ortalama 8.5 ± 1.02 şAPTES tabaka kalınlığı üretti. XPS'nin sonuçları Tablo 1'de verilmiştir. Gaz fazı APTES tedavisini takiben, kimyasal birikintinin göstergesi olan atomik azot ve karbon konsantrasyonlarının yüzdesinde bir artış vardır. Çözelti fazı immobilizasyon sürecini takiben, bu sonuçlar, çözelti fazı immobilizasyonundan önce tespit edilemeyen MnTBAP'ın aktivitesine katkıda bulunan element olan manganezin varlığını göstermektedir.
| Değişiklik | C (%) | N (%) | O (%) | Si (%) | Mn (%) | ||
| Plazma ile muamele edilmiş Si | 3.06 | 0.5 | 49.84 | 46.605 | 0 | ||
| APTES gaz fazı birikimi | 13.63 | 3.2 | 43.98 | 39.2 | 0 | ||
| MnTBAP hareketsiz | 44,16 ± 3,94 | 5,33 ± 0,37 | 21,81 ± 1,30 | 21,81 ± 2,39 | 0.79 ± 0.07 | ||
Tablo 1: Silikonda sıralı değişiklikler için XPS analizi. MnTBAP immobilizasyon adımı için sağlanan değerler, 4 örneklem büyüklüğü için standart sapma ile sunulur.
Michigan tarzı mikroelektrot dizilerinin kaplama işlemlerinden sonraki işlevselliği, elektriksel empedans spektroskopisi (EIS)50 kullanılarak değerlendirildi. EIS, iki cihazda toplam 20 mikroelektrot kanalı için kaydedildi. Test için dahil edilen kanallar rastgele seçildi ve iki cihaz arasında eşit olarak dağıtıldı (10 kanal / cihaz). Ölçümler, üç elektrot kurulumlu bir potansiyostat kullanılarak yapıldı. Her kanal için ölçümler kaplama işleminden önce üç kez ve kaplama işleminden sonra üç kez tamamlandı. 1 kHz'deki empedans büyüklüğü, kaplama işleminden önce ve sonra sırasıyla 238 ± 10.22 kΩ ve 237 ± 9.81 kΩ idi. Kaplama işleminin kanal empedansı53'ü etkileyip etkilemediğini belirlemek için çift yönlü bir t-testi seçildi. Cihazın empedans ölçümleri önemli farklılıklar gösterir; Bu nedenle, cihaz seviyesindeki bir analiz, imalat değişkenliğinin gürültüsü içindeki kaplamanın etkisini kaybedebilir. Kaplama işleminden önce ve sonra 1 kHz'de kanalların empedans büyüklükleri arasında yapılan ikili t-testi istatistiksel bir fark göstermedi (p > 0.937). Test edilen bir cihazın işaret grafiği, tedaviden önce ve sonra 10 kanallı kayıtların sonuçlarını gösteren Şekil 8'de verilmiştir. Kaplama işleminden önceki ve sonraki elektrot dizisinin görüntüleri Şekil 9'da verilmiştir. Malzeme analizleri için enstrümantal detaylarla ilgili ek bilgiler Ek Dosya 1'de bulunabilir.
Şekil 8: Kaplama prosedüründen önce (gri) ve sonra (kırmızı) test edilen bir cihazda (10 kanal) ortalama elektrokimyasal empedans ölçümlerini gösteren Bode grafiği. Çubuklar, ortalamanın standart hatasını temsil eder. Empedans büyüklüğü artan frekansla azaldı. Faz açısı artan frekansla azaldı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Resim 9: Kaplama işleminden önce (üstte) ve sonra (altta) elektrot dizisinin görüntüleri. Ölçek çubuğu = 50 μm. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Dosya 1: Malzeme analizleri için araçsal ayrıntılar. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Kodlama Dosyaları 1-16: Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Tanımlanan protokol, silikon düzlemsel mikroelektrot dizilerinin yüzey işlemi için tasarlanmıştır. 3D baskılı araçlar, düşük profilli konektörlere sahip Michigan tarzı mikroelektrot dizileri için özelleştirilmiştir50. İşlevsel olmayan problar, biyouyumlu bir yapıştırıcı kullanılarak 3D baskılı tırnaklara bir silikon prob yapıştırılarak monte edildi. 3D baskılı sekmeler, kullanılan ticari olarak temin edilebilen cihazlara dahil edilen konektörlere benzer boyutlarda tasarlanmıştır. 3B yazdırılan sekmeler için dosyalar Ek Kodlama Dosyası 15, Ek Kodlama Dosyası 16 olarak mevcuttur. 3D baskılı parçaları oluşturmak için akrilonitril bütadien stiren (ABS) filament kullanıldı. İstenirse, aletleri inşa etmek için polilaktik asit (PLA) filamenti de kullanılabilir. 17.4 mm kuyu derinliğine sahip sulu çözelti ile yüzey reaksiyonu için 24 delikli bir plaka kullanılmıştır. Protokolü alternatif cihazlara uyarlarken, elektrot tipi (konektörün boyutları, sapın uzunluğu), kullanılan 3D yazıcının çözünürlüğü ve filamentin kimyasal uyumluluğu dikkate alınmalıdır.
Yüzey işlemlerini analiz etmek için standart tekniklerin, testlerin boyutu ve / veya yıkıcı doğası nedeniyle monte edilmiş cihazlarda gerçekleştirilmesi imkansızdır. Silikon düzlemsel mikroelektrot dizileri üzerindeki yüzey işleminin temsillerini elde etmek için, cihaz sınıfı silikon örnekleri daha sonra analiz edilmek üzere fonksiyonel cihazlarla birlikte işlenebilir. Farklı bir cihaz kullanılıyorsa, örnek malzemenin cihazın alt tabakasınınkiyle eşleşmesi gerekir. Dolaylı olsa da, bu yöntem parti işlemleri arasında kalite kontrollerine izin verir. Gaz fazı biriktirme için 3D baskılı araç, yeterli yüzey biriktirme koşullarını sağlamak için kare örnekleri barındıran özellikler içerir. Kare örnekleri tutan özellikler, örnekleri yerleştirmek için 1 mm'lik bir yarığa sahiptir. Sunulan çalışmada kullanılan silikon örnekleri 525 μm kalınlığındadır. Alternatif numune malzemesi isteniyorsa ve 1 mm'den daha kalınsa, sağlanan dosyalarda ayarlamalar yapılması gerekir. Şekil 1 , gaz fazı biriktirme için montajın bileşenlerini göstermektedir. Şekil 2, 24 delikli bir plakada sulu çözelti reaksiyonu için montaj bileşenlerini göstermektedir.
Potter-Baker ve ark. tarafından tanımlanan MnTBAP'nin immobilizasyon yönteminin uyarlanması, sunulan araçların faydasını göstermek için kullanılmıştır40. Bu deneyler, kaplama yönteminin malzeme analizine izin vermek için ticari olarak temin edilebilen Michigan tarzı mikroelektrot dizileri ve silikon kare numuneler kullanılarak tamamlandı. APTES, elipsometri ve x-ışını fotoelektron spektroskopisinin (XPS) varlığını doğrulamak için silikon kare numuneler üzerinde gerçekleştirildi. Elipsomtry ölçümleri, beklenen APTES birikintisine karşılık gelen numune kalınlığında bir artış olduğunu göstermiştir. Numuneler üzerinde yapılan XPS analizi, APTES birikintisinin göstergesi olan atomik azot ve karbon konsantrasyonlarının yüzdesinde bir artış gösterdi. XPS analizi, çözelti fazı immobilizasyon işleminden önce manganez yokluğunu, ardından manganez varlığını göstermiştir. Bu veriler birlikte kaplamanın varlığının gerekçesi olarak alınmıştır. Bu aşamada, cihazlar in vitro ve in vivo test için hazırdır. Örneğin, kaplamanın cihaz performansı üzerindeki etkisini belirlemek için analiz ve immünohistokimya boyama kaydına izin vermek için cihazları kemirgenlere implante eden in vivo deneyler yapılabilir36,40.
İntrakortikal mikroelektrot in vivo performansının iyileştirilmesi, teknolojinin klinik kullanımda ilerlemesi için gereklidir. Devam eden araştırma çabaları, cihaz arızasının ardındaki süreçleri aydınlatmayı ve hafifletmeyi amaçlamaktadır54. Bu araştırmanın önemli bir alanı, kronik cihaz implantasyonunakarşı zararlı doku yanıtının azaltılmasına yöneliktir 7,55,56,57. Cihaz ve doku arasındaki arayüze odaklanmak, etkilenen dokunun hedefli tedavisine izin verir58,59. İntrakortikal mikroelektrotlarda çeşitli yüzey modifikasyonları60,61,62,63 olarak araştırılmıştır ve araştırılmaya devam etmektedir.
Sunulan prosedür, gaz fazı biriktirme ve sulu çözelti reaksiyonunu içeren yüzey işlemlerini monte edilmiş cihazlara uygulamak için yöntemler sunmaktadır. Yüzey işlemlerinin geliştirilmesinde, fonksiyonel cihazlara çeviri, çeşitli kullanım kaygılarını ortaya koymaktadır64. İşlevsel mikroelektrot dizilerinin kırılganlığı ve masrafı göz önüne alındığında, sunulan araçlar tedaviler sırasında cihaz bütünlüğünün korunmasını büyük ölçüde kolaylaştırır6. Güvenli işleme yöntemleri, uzun süreler boyunca gerçekleşen ve birden çok adım içeren değişiklik prosedürleriyle ilgilidir. Film birikintilerini ve molekül immobilizasyonunu içeren işlevsel yüzeyler, toplam inkübasyon süresi23,24,40,60 saatini aşan birkaç işlem turunu içerebilir. İşlevsel mikroelektrot dizilerini ele alma yöntemleri henüz ayrıntılı olarak bildirilmemiştir. Sunulan rapor, bir işleme yöntemini ayrıntılı olarak açıklamayı amaçlamaktadır.
Yüzey işlemlerinin ve kaplamaların geliştirilmesi yoluyla intrakortikal mikroelektrot dizisi performansını iyileştirmeye yönelik araştırma çabaları, bu araçları kullanarak tedavilerin güvenli bir şekilde uygulanmasından fayda sağlayabilir. Tanımlanan Michigan tarzı mikroelektrot dizileri için modellenmiş silikon-düzlemsel cihazların yüzey işlemi için tasarlanmış olsa da, dosyalar 3D baskılı parçaları alternatif cihazlara uyarlamak için kullanılabilir. Ayarlamalar yaparken, cihaz boyutlarını, kullanılan 3B yazıcının çözünürlüğünü ve kimyasal uyumluluğu göz önünde bulundurun.
Herhangi bir özel yüzey modifikasyon protokolü için en uygun yöntem belirlenirken ayrıntılı yaklaşımın sınırlamaları ele alınmalıdır. 3D baskılı parçalar özelleştirilmiştir ve yapılması için zaman ve erişim gerektirir. Ek olarak, parçalar mikroelektrot dizisinin belirli bir stili için tasarlanmıştır. Bu nedenle, alternatif cihazları ve ilgili konektör ambalajını barındırmak için 3D baskılı parçalara yapılan ayarlamalar gerekli olacaktır. Son olarak, burada detaylandırılan protokoller, diğer cihaz tasarımlarıyla ilgili çeşitli metal kontaklar veya organik bazlı iletken polimerlerle uyumluluk açısından değerlendirilmemiştir. Mutlak cihaz bütünlüğünü ve araştırmacı güvenliğini sağlamak için, reaksiyon kimyası için kullanılan reaktifler dikkate alınmalıdır.
Özetle, fonksiyonel nöral elektrotlara yüzey modifikasyonları sağlayan ve cihazın bütünlüğünden ödün verme riskini en aza indiren sağlam bir protokol sunulmuştur. Metodoloji, benzer veya alternatif cihaz sınıflarının daha fazla değiştirilmesi için bir platform görevi görebilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
İçerikler, ABD Gazi İşleri Bakanlığı, Ulusal Sağlık Enstitüleri veya ABD Hükümeti'nin görüşlerini temsil etmemektedir.
Acknowledgments
Bu çalışma kısmen Amerika Birleşik Devletleri (ABD) Gazi İşleri Bakanlığı Rehabilitasyon Araştırma ve Geliştirme Servisi'nden Merit Review Award IRX002611 (Capadona) ve Research Career Scientist Award IK6RX003077 (Capadona) tarafından desteklenmiştir. Ek olarak, bu çalışma kısmen Ulusal Sağlık Enstitüsü, Ulusal Nörolojik Bozukluklar ve İnme Enstitüsü R01NS110823 (Capadona / Pancrazio) ve Ulusal Bilim Vakfı Lisansüstü Araştırma Burs Programı (Krebs) tarafından da desteklenmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1-[3-(Dimethylamino)propyl]-3-ethylcarbodiimide methiodide (EDC) | Sigma-Aldrich | 165344-1G | Solid, stored desiccated at -20 °C |
| 15 mL Conical Centrifuge Tubes | Fisher Scientific | 14-959-70C | |
| 18 Pound Solid Nylon Cable/Zip Ties | Cole-Parmer | EW-06830-66 | Length 4 inches |
| 2-(N-Morpholino)ethanesulfonic acid (MES) | Sigma-Aldrich | 4432-31-9 | Solid |
| 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) | Sigma-Aldrich | 440140-100ML | Liquid, container with Sure/Seal |
| 50 mL Conical Centrifuge Tubes | Fisher Scientific | 14-959-49A | |
| Aluminum foil | Fisher Scientific | 01-213-103 | |
| Aluminum weighing dishes | Fisher Scientific | 08-732-102 | Diameter 66 mm |
| Bel-Art Vacuum Desiccator | Fisher Scientific | 08-594-15B | |
| Corning Costar TC-Treated Multiple Well Plates | Millipore Sigma | CLS3527-100EA | 24-well plate, polystyrene |
| Cyanoacrylate Adhesive | LocTite | N/A | |
| Digital Microscope | Keyence | VHX-S750E | |
| Disco DAD3350 Dicing Saw | Disco | DAD3350 | Used to cut silicon wafer into 1 cm x 1 cm samples |
| Double-Sided Polyimide Tape | Kapton Tape | PPTDE-1/4 | ¼” x 36 yds. |
| EP21LVMed – low viscosity, two component epoxy compound | Masterbond | EP21LVMed | Meets USP Class VI certification, Passes ISO 10993-5 for cytotoxicity |
| Epilog Fusion Pro 48 Laser Machine | Epilog | N/A | CO2 laser |
| Foam tape | XFasten | N/A | 1/8" Thick |
| Gamry Interface 1010E Potentiostat | Gamry | 992-00129 | |
| High precision 45° curved tapered very fine point tweezers/forceps | Fisher Scientific | 12-000-131 | |
| Lab tape | Fisher Scientific | 15-901-10L | |
| Mn(III)tetrakis (4-benzoic acid) porphyrin (MnTBAP) | EMD Millipore | 475870-25MG | Solid, stored at -20 °C |
| N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salt, ≥98% (HPLC) | Sigma-Aldrich | 56485-250MG | Solid, stored desiccated at 4°C |
| Platinum clad niobium mesh anode | Technic | N/A | Clad with 125μ” of platinum on one side, framed in titanium with (1) 1” x 6” titanium strap centered on one 6” dimension |
| Silicon Planar Microelectrode Array, 16 Channel | NeuroNexus | A1x16-3mm-100-177-CM16LP | Electrode site material is iridium, shank thickness is 15 μm |
| Silicon Wafer | University Wafer | 1575 | Diameter 100 mm, p-type, boron-doped, 100 oriented, resistivity 0.01-0.02 Ohm-cm, thickness 525 um, single side polished, prime grade |
| Silver/silver Chloride reference electrode | Gamry Instruments | 930-00015 | |
| Solidworks | N/A | ||
| Stainless Steel Phillips Flat Head Screws | McMaster Carr | 96877A629 | #8-32, 1 1/2", fully threaded |
| Type I deionized water | ChemWorld | CW-DI1-20 | |
| Ultimaker 3 3D printer | Ultimaker | N/A | |
| Ultimaker Cura | Ultimaker | N/A | 3D printing software |
| Ultimaker NFC ABS Filament | Dynamism, Inc. | 1621 | 2.85 mm |
| Ultimaker NFC PLA Filament | Dynamism, Inc. | 1609 | 2.85 mm |
| Vacuum Gauge Vacuum Gauge | Measureman Direct | N/A | Glycerin Filled, 2-1/2” Dial Size, ¼”NPT, -30” Hg/-100kpa-0 |
| Wing nuts | Everbilt | 934917 | #8-32, zinc plated |
References
- Donoghue, J. Bridging the brain to the world: A perspective on neural interface systems. Neuron. 60 (3), 511-521 (2008).
- Ajiboye, A. B., et al. Restoration of reaching and grasping movements through brain-controlled muscle stimulation in a person with tetraplegia: a proof-of-concept demonstration. The Lancet. 398 (10081), 1821-1830 (2017).
- Ereifej, E. S., et al. Neural engineering: the process, applications, and its role in the future of medicine. Journal of Neural Engineering. 16 (6), 063002 (2019).
- Nicolas-Alonso, L. F., Gomez-Gil, J.
- Leuthardt, E. C., Schalk, G., Moran, D., Ojemann, J. G. The emerging world of motor neuroprosthetics: a neurosurgical perspective. Neurosurgery. 59 (1), 1-14 (2006).
- Barrese, J. C., et al. Failure mode analysis of silicon-based intracortical microelectrode arrays in non-human primates. Journal of Neural Engineering. 10 (6), 066014 (2013).
- Jorfi, M., Skousen, J. L., Weder, C., Capadona, J. R. Progress towards biocompatible intracortical microelectrodes for neural interfacing applications. Journal of Neural Engineering. 12 (1), 011001 (2015).
- Prasad, A., et al. Comprehensive characterization and failure modes of tungsten microwire arrays in chronic neural implants. Journal of Neural Engineering. 9 (5), 056015 (2012).
- Hermann, J. K., Capadona, J. R. Understanding the role of innate immunity in the response to intracortical microelectrodes. Critical Reviews in Biomedical Engineering. 46 (4), 341-367 (2018).
- Ravikumar, M., et al. The roles of blood-derived macrophages and resident microglia in the neuroinflammatory response to implanted intracortical microelectrodes. Biomaterials. 35 (28), 8049-8064 (2014).
- Sawyer, A. J., et al. The effect of inflammatory cell-derived MCP-1 loss on neuronal survival during chronic neuroinflammation. Biomaterials. 35 (25), 6698-6706 (2014).
- Prasad, A., Sanchez, J. C. Quantifying long-term microelectrode array functionality using chronic in vivo impedance testing. Journal of Neural Engineering. 9 (2), 026028 (2012).
- Salatino, J. W., Ludwig, K. A., Kozai, T. D. Y., Purcell, E. K. Glial responses to implanted electrodes in the brain. Nature Biomedical Engineering. 1 (11), 862-877 (2017).
- McConnell, G. C., et al. Implanted neural electrodes cause chronic, local inflammation that is correlated with local neurodegeneration. Journal of Neural Engineering. 6 (5), 056003 (2009).
- Rennaker, R. L., Miller, J., Tang, H., Wilson, D. A. Minocycline increases quality and longevity of chronic neural recordings. Journal of Neural Engineering. 4 (2), 1-5 (2007).
- Carnicer-Lombarte, A., Chen, S. T., Malliaras, G. G., Barone, D. G. Foreign body reaction to implanted biomaterials and its impact in nerve neuroprosthetics. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 9, 622524 (2021).
- Roitbak, T., Sykova, E. Diffusion barriers evoked in the rat cortex by reactive astrogliosis. Glia. 28 (1), 40-48 (1999).
- Polikov, V. S., Tresco, P. A., Reichert, W. M. Response of brain tissue to chronically implanted neural electrodes. Journal of Neuroscience Methods. 148 (1), 1-18 (2005).
- Cui, X., Martin, D. C. Electrochemical deposition and characterization of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) on neural microelectrode arrays. Sensors and Actuators B: Chemical. 89 (1), 92-102 (2003).
- Ludwig, K. A., Uram, J. D., Yang, J., Martin, D. C., Kipke, D. R. Chronic neural recordings using silicon microelectrode arrays electrochemically deposited with a poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) film. Journal of Neural Engineering. 3 (1), 59-70 (2006).
- Keefer, E. W., Botterman, B. R., Romero, M. I., Rossi, A. F., Gross, G. W. Carbon nanotube coating improves neuronal recordings. Nature Nanotechnology. 3 (7), 434-439 (2008).
- Kim, D. -H., Wiler, J. A., Anderson, D. J., Kipke, D. R., Martin, D. C. Conducting polymers on hydrogel-coated neural electrode provide sensitive neural recordings in auditory cortex. Acta Biomaterialia. 6 (1), 57-62 (2010).
- He, W., McConnell, G. C., Bellamkonda, R. V. Nanoscale laminin coating modulates cortical scarring response around implanted silicon microelectrode arrays. Journal of Neural Engineering. 3 (4), 316-326 (2006).
- Azemi, E., Lagenaur, C. F., Cui, X. T. The surface immobilization of the neural adhesion molecule L1 on neural probes and its effect on neuronal density and gliosis at the probe/tissue interface. Biomaterials. 32 (3), 681-692 (2011).
- Zhong, Y., Bellamkonda, R. V. Controlled release of anti-inflammatory agent alpha-MSH from neural implants. Journal of Controlled Release. 106 (3), 309-318 (2005).
- Shoffstall, A. J., et al. Potential for thermal damage to the blood-brain barrier during craniotomy: implications for intracortical recording microelectrodes. Journal of Neural Engineering. 15 (3), 034001 (2018).
- Bedell, H. W., et al. Understanding the effects of both CD14-meditated innate immunity and device/tissue mechanical mismatch in the neuroinflammatory response to intracortical microelectrodes. Frontiers in Neuroscience. 12, 772 (2018).
- Nguyen, J. K., et al. Influence of resveratrol release on the tissue response to mechanically adaptive cortical implants. Acta Biomaterialia. 29, 81-93 (2016).
- Sridharan, A., Nguyen, J. K., Capadona, J. R., Muthuswamy, J. Compliant intracortical implants reduce strains and strain rates in brain tissue in vivo. Journal of Neural Engineering. 12 (3), 036002 (2015).
- Nguyen, J. K., et al. Mechanically-compliant intracortical implants reduce the neuroinflammatory response. Journal of Neural Engineering. 11, 056014 (2014).
- Harris, J. P., et al. In vivo deployment of mechanically adaptive nanocomposites for intracortical microelectrodes. Journal of Neural Engineering. 8 (4), 046010 (2011).
- Shoffstall, A. J., et al. Characterization of the neuroinflammatory response to Thiol-ene/Acrylate shape memory polymer coated intracortical microelectrodes. Micromachines. 10, 486 (2018).
- Simon, D. M., et al. Design and demonstration of an intracortical probe technology with tunable modulus. Journal of Biomedical Materials Research. Part A. 105 (1), 159-168 (2017).
- Ravikumar, M., et al. The effect of residual endotoxin contamination on the neuroinflammatory response to sterilized intracortical microelectrodes. Journal of Materials Chemistry. B. 2 (17), 2517-2529 (2014).
- Ecker, M., et al. Sterilization of thiol-ene/acrylate based shape memory polymers for biomedical applications. Macromolecular Materials and Engineering. 302 (2), 160331 (2017).
- Ereifej, E. S., et al. Implantation of neural probes in the brain elicits oxidative stress. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 6 (9), 1-12 (2018).
- Potter, K. A., et al. The effect of resveratrol on neurodegeneration and blood brain barrier stability surrounding intracortical microelectrodes. Biomaterials. 34 (29), 7001-7015 (2013).
- Potter, K. A., et al. Curcumin-releasing mechanically adaptive intracortical implants improve the proximal neuronal density and blood-brain barrier stability. Acta Biomaterialia. 10 (5), 2209-2222 (2014).
- Potter-Baker, K. A., Capadona, J. R. Reducing the "stress": Antioxidative therapeutic and material approaches may prevent intracortical microelectrode failure. ACS Macro Letters. 4 (3), 275-279 (2015).
- Potter-Baker, K. A., et al. Development of superoxide dismutase mimetic surfaces to reduce accumulation of reactive oxygen species for neural interfacing applications. Journal of Materials Chemistry B. 2 (16), 2248-2258 (2014).
- Potter-Baker, K. A., et al. Implications of chronic daily antioxidant administration on the inflammatory response to intracortical microelectrodes. Journal of Neural Engineering. 12 (4), 046002 (2015).
- Kim, Y., et al. Ventricular delivery of resveratrol improves microelectrode recording performance and reduces oxidative stress. Micromachines. 12, 1446 (2021).
- Deku, F., et al. Amorphous silicon carbide ultramicroelectrode arrays for neural stimulation and recording. Journal of Neural Engineering. 15 (1), 016007 (2018).
- Ereifej, E. S., et al. The neuroinflammatory response to nanopatterning parallel grooves into the surface structure of intracortical microelectrodes. Advanced Functional Materials. 28 (12), 1704420 (2018).
- Kim, Y., et al. Nano-architectural approaches for improved intracortical interface technologies. Frontiers in Neuroscience. 12, 456 (2018).
- Mahajan, S., et al. Towards standardization of electrophysiology and computational tissue strain in rodent intracortical microelectrode models. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 8, 416 (2020).
- Suresh, M. V., et al. The protective role of MnTBAP in oxidant-mediated injury and inflammation in a rat model of lung contusion. Surgery. 154 (5), 980-990 (2013).
- Liu, D., Shan, Y., Valluru, L., Bao, F. Mn (III) tetrakis (4-benzoic acid) porphyrin scavenges reactive species, reduces oxidative stress, and improves functional recovery after experimental spinal cord injury in rats: comparison with methylprednisolone. BMC Neuroscience. 14 (1), 23 (2013).
- Munief, W. M., et al. Silane deposition via gas-phase evaporation and high-resolution surface characterization of the ultrathin siloxane coatings. Langmuir. 34 (35), 10217-10229 (2018).
- Hoogerwerf, A. C., Wise, K. D. A three-dimensional microelectrode array for chronic neural recording. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 41 (12), 1136-1146 (1994).
- Staros, J. V., Wright, R. W., Swingle, D. M. Enhancement by N-hydroxysulfosuccinimide of water-soluble carbodiimide-mediated coupling reactions. Analalytical Biochemistry. 156 (1), 220-222 (1986).
- Yuan, X., Wolf, N., Mayer, D., Offenhausser, A., Wordenweber, R. Vapor-phase deposition and electronic characterization of 3-Aminopropyltriethoxysilane self-assembled monolayers on silicon dioxide. Langmuir. 35 (25), 8183-8190 (2019).
- Montgomery, D. C. Design and Analysis of Experiments. Eighth edition. , John Wiley & Sons, Inc. (2013).
- Shoffstall, A. J., Capadona, J. R. Bio-inspired materials and systems for neural interfacing. Current Opinions in Biomedical Engineering. 6, 110-119 (2018).
- Skousen, J. L., Tresco, P. A. Neuroprosthetics. Theory and Practice 2nd Edition. , 259-299 (2017).
- Michelson, N. J., et al. multi-modal analysis uncovers complex relationship at the brain tissue-implant neural interface: new emphasis on the biological interface. Journal of Neural Engineering. 15 (3), 033001 (2018).
- Hofmann, U. G., Capadona, J. R. Editorial: Bridging the gap in neuroelectronic interfaces. Frontiers in Neuroscience. 14, 457 (2020).
- Usoro, J., Sturgill, B., Musselman, K., Capadona, J. R., Pancrazio, J. J. On the definition of 'chronic' for intracortical microelectrode array applications. Micromachines. 12 (8), 972 (2021).
- Thompson, C. H., Saxena, A., Heelan, N., Salatino, J., Purcell, E. K. Spatiotemporal patterns of gene expression around implanted silicon electrode arrays. Journal of Neural Engineering. 18 (4), 1741 (2021).
- Golabchi, A., Woeppel, K. M., Li, X., Lagenaur, C. F., Cui, X. T. Neuroadhesive protein coating improves the chronic performance of neuroelectronics in mouse brain. Biosensors and Bioelectronics. 155, 112096 (2020).
- Zheng, X. S., et al. A superoxide scavenging coating for improving tissue response to neural implants. Acta Biomaterialia. 99, 72-83 (2019).
- Lee, H. C., et al. Foreign body response to intracortical microelectrodes is not altered with dip-coating of Polyethylene Glycol (PEG). Frontiers in Neuroscience. 11, 513 (2017).
- Boehler, C., et al. Actively controlled release of Dexamethasone from neural microelectrodes in a chronic in vivo study. Biomaterials. 129, 176-187 (2017).
- Hess, A. E., et al. Development of a stimuli-responsive polymer nanocomposite toward biologically optimized, MEMS-based neural probes. Journal of Micromechanics and Microengineering. 21 (5), 054009 (2011).
