Herramientas para el tratamiento superficial de microelectrodos intracorticales planos de silicio

Resumen

El presente protocolo describe herramientas para el manejo de microelectrodos intracorticales planos de silicio durante los tratamientos para la modificación de la superficie a través de la deposición de gas y las reacciones de solución acuosa. El ensamblaje de los componentes utilizados para manejar los dispositivos a lo largo del procedimiento se explica en detalle.

Resumen

Los microelectrodos intracorticales tienen un gran potencial terapéutico. Pero se enfrentan al desafío de una reducción significativa del rendimiento después de duraciones de implantación modestas. Un contribuyente sustancial a la disminución observada es el daño al tejido neural proximal al implante y la posterior respuesta neuroinflamatoria. Los esfuerzos para mejorar la longevidad del dispositivo incluyen modificaciones químicas o aplicaciones de recubrimiento en la superficie del dispositivo para mejorar la respuesta del tejido. El desarrollo de tales tratamientos superficiales generalmente se completa utilizando sondas "ficticias" no funcionales que carecen de los componentes eléctricos necesarios para la aplicación prevista. La traducción a dispositivos funcionales requiere una consideración adicional dada la fragilidad de las matrices de microelectrodos intracorticales. Las herramientas de manipulación facilitan en gran medida los tratamientos superficiales de los dispositivos ensamblados, especialmente para las modificaciones que requieren largos tiempos de procedimiento. Las herramientas de manipulación descritas aquí se utilizan para tratamientos superficiales aplicados a través de la deposición en fase gaseosa y la exposición a la solución acuosa. La caracterización del recubrimiento se realiza mediante elipsometría y espectroscopia de fotoelectrones de rayos X. Una comparación de los registros de espectroscopia de impedancia eléctrica antes y después del procedimiento de recubrimiento en dispositivos funcionales confirmó la integridad del dispositivo después de la modificación. Las herramientas descritas se pueden adaptar fácilmente para dispositivos de electrodos alternativos y métodos de tratamiento que mantienen la compatibilidad química.

Introducción

Los dispositivos neuroprotésicos tienen como objetivo restaurar las capacidades sensoriales y motoras deterioradas o ausentes en una amplia gama de poblaciones de pacientes, incluidos aquellos con lesión de la médula espinal, esclerosis lateral amiotrófica (ELA), parálisis cerebral y amputaciones ^1,2,3. Los microelectrodos intracorticales (IME) pueden establecer una vía de comunicación entre las neuronas corticales y los dispositivos utilizados para controlar las neuroprótesis. Una clara ventaja de los microelectrodos intracorticales es su capacidad para registrar señales neu....

Protocolo

Todos los archivos de codificación para impresión 3D se proporcionan en Archivos de codificación suplementarios 1-16. El análisis proporcionado en los resultados representativos se describe utilizando matrices de electrodos planos de silicio funcional adquiridos comercialmente (véase la Tabla de materiales).

1. Montaje de manipulación para deposición en fase gaseosa en un desecador al vacío

NOTA: El aparato ensamblado para manipular y mantener dispositivos durante la deposición en fase gaseosa se muestra en la Figura 3. Los pasos 1.1-1....

Resultados

Para demostrar el uso de los componentes de manipulación, se implementó la metodología descrita para adaptar la inmovilización de un mediador oxidante al silicio activado. La aplicación de esta química a los IME para reducir el estrés oxidativo fue ideada por Potter-Baker et al. y demostrada en sondas ficticias de silicio no funcionales⁴⁰. Este tratamiento superficial inmoviliza el antioxidante, MnTBAP, a la superficie de silicio activado por UV / ozono a través de la funcionalización de la am.......

Discusión

El protocolo descrito fue diseñado para el tratamiento superficial de matrices de microelectrodos planos de silicio. Las herramientas impresas en 3D se personalizan para matrices de microelectrodos al estilo de Michigan con conectores de bajo perfil⁵⁰. Las sondas no funcionales se ensamblaron mediante la adhesión de una sonda de silicio a pestañas impresas en 3D utilizando un adhesivo biocompatible. Las pestañas impresas en 3D fueron diseñadas con dimensiones similares a los conectores incorporado.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
1-[3-(Dimetilamino)propil]-3-etilcarbodiimida metiaduro (EDC)	Sigma-Aldrich	165344-1G	Sólido, almacenado desecado a -20 & grados; C
15 mL Tubos de centrífuga cónicos	Fisher Scientific	14-959-70C
18 libras de cable de nailon sólido / bridas	Cole-Parmer	EW-06830-66	Longitud 4 pulgadas
2-(N-morfolino)ácido etanosulfónico (MES)	Sigma-Aldrich	4432-31-9
3-aminopropiltrietoxisilano sólido (APTES)	Sigma-Aldrich	440140-100ML	Líquido, contenedor con Sure/ Sello
50 mL Tubos de centrífuga cónicos	Fisher Scientific	14-959-49A
Papel de aluminio	Fisher Scientific	01-213-103
Platos de pesaje de aluminio	Fisher Scientific	08-732-102	Diámetro 66 mm
Desecador de vacío Bel-Art	Fisher Scientific	08-594-15B
Corning Costar TC-Placas de pocillos múltiples tratadas	Millipore Sigma	CLS3527-100EA Placa de	24 pocillos, poliestireno
Cianoacrilato Adhesivo	LocTite	N/A
Microscopio digital	Keyence	VHX-S750E
Disco DAD3350 sierra para cortar en cubitos	Disco DAD3350		Se utiliza para cortar obleas de silicona en muestras de 1 cm x 1 cm
Cinta de poliimida de doble cara	Cinta Kapton	PPTDE-1/4	¼ ” x 36 yardas.
EP21LVMed – compuesto epoxi de dos componentes de baja viscosidad	Masterbond	EP21LVMed	Cumple con la certificación USP Clase VI, pasa la norma ISO 10993-5 por citotoxicidad
Máquina láser Epilog Fusion Pro 48	Epilog	N/A	CO2 láser
Cinta de espuma	XFasten	N/A	1/8" de espesor
Interfaz Gamry 1010E Potenciostat	Gamry	992-00129
Pinzas/pinzas de punta muy fina curvas curvas de 45 grados	Fisher Scientific	12-000-131
Cinta de laboratorio	Fisher Scientific	15-901-10L
Mn(III)tetrakis (ácido 4-benzoico) porfirina (MnTBAP)	EMD Millipore	475870-25MG	Sólido, almacenado a -20 grados; C
N-Hidroxisulfosuccinimida sódica, ≥ 98% (HPLC)	Sigma-Aldrich	56485-250MG	Sólido, almacenado desecado a 4° C
Ánodo de malla de niobio revestido de platino	Technic	N/A	revestido con 125μ ” de platino en un lado, enmarcado en titanio con (1) 1" x 6" correa de titanio centrada en una correa de 6"
Matriz de microelectrodos plana de silicio de dimensión, NeuroNexus de 16 canales		A1x16-3mm-100-177-CM16LP	El material del sitio del electrodo es iridio, el grosor del vástago es 15 μ m
Oblea de silicio	University Wafer	1575	Diámetro 100 mm, tipo p, dopado con boro, orientado a 100, resistividad 0,01-0,02 Ohm-cm, espesor 525 mmm, pulido por un lado,
grado primario Plata/plata Electrodo de referencia de cloruro Gamry	Instruments	930-00015
Solidworks		N/A
Tornillos de cabeza plana Phillips de acero inoxidable	McMaster Carr	96877A629	#8-32, 1 1/2", totalmente roscado
Tipo I agua desionizada	ChemWorld	CW-DI1-20
Ultimaker 3 Impresora 3D	Ultimaker	N/A
Ultimaker Cura	Ultimaker	N/A	Software de impresión 3D
Ultimaker NFC ABS Filament	Dynamism, Inc.	1621	2.85 mm
Ultimaker NFC PLA Filamento	Dynamism, Inc.	1609	Vacuómetro de 2,85 mm
Vacuómetro	Measureman Direct	N/A	Relleno de Glicerina, 2-1/2" Tamaño de la esfera, ¼ ” NPT, -30" Hg/-100kpa-0
Tuercas de mariposa	Everbilt	934917	#8-32, galvanizadas