Name: Fabrication de Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays pour In Vivo Neural Recording (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-02-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 58 s
Description: Découvrez la fabrication de réseaux de microélectrodes en MXène Ti₃C₂ pour l'enregistrement neuronal in vivo. Cette méthode permet le micro-usinage précis des films de MXène tout en préservant leur intégrité structurelle et leur conductivité métallique.

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Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health (accord no. R21-NS106434), le Citizens United for Research in Epilepsy Taking Flight Award, la Mirowski Family Foundation et Neil et Barbara Smit (F.V.); le National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (subvention no. DGE-1845298 à N.D. et B.M.); le Bureau de recherche de l’Armée de terre (numéro d’entente coopérative W911NF-18-2-0026 à K.M.); et par l’armée américaine par l’intermédiaire du Programme d’initiative des sciences de surface au Edgewood Chemical Biological Center (PE 0601102A Project VR9 à Y.G. et K.M.). Ce travail a été effectué en partie au Singh Center for Nanotechnology, qui est soutenu par la National Science Foundation National Nanotechnology Coordinated Infrastructure Program (NNCI-1542153).

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<li>Nguyen, J. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanically-compliant+intracortical+implants+reduce+the+neuroinflammatory+response%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">Mechanically-compliant intracortical implants reduce the neuroinflammatory response.</a> Journal of Neural Engineering. 11 (5), 056014(2014).</li>
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<li>Lu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrodeposited+polypyrrole%2Fcarbon+nanotubes+composite+films+electrodes+for+neural+interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Electrodeposited polypyrrole/carbon nanotubes composite films electrodes for neural interfaces.</a> Biomaterials. 31 (19), 5169-5181 (2010).</li>
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<li>Apollo, N. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+Freestanding+Neural+Stimulation+and+Recording+Electrodes+Fabricated+from+Reduced+Graphene+Oxide%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Flexible Freestanding Neural Stimulation and Recording Electrodes Fabricated from Reduced Graphene Oxide.</a> Advanced Functional Materials. 25 (23), 3551-3559 (2015).</li>
<li>Lu, Y., Lyu, H., Richardson, A. G., Lucas, T. H., Kuzum, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+Neural+Electrode+Array+Based-on+Porous+Graphene+for+Cortical+Microstimulation+and+Sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Flexible Neural Electrode Array Based-on Porous Graphene for Cortical Microstimulation and Sensing.</a> Scientific Reports. 6 (1), 33526(2016).</li>
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<li>Ramesh, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissolution+of+Pristine+Single+Walled+Carbon+Nanotubes+in+Superacids+by+Direct+Protonation%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry+B%22%5BJournal%5D)">Dissolution of Pristine Single Walled Carbon Nanotubes in Superacids by Direct Protonation.</a> The Journal of Physical Chemistry B. 108 (26), 8794-8798 (2004).</li>
<li>Kim, S. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+modifications+for+the+effective+dispersion+of+carbon+nanotubes+in+solvents+and+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Surface modifications for the effective dispersion of carbon nanotubes in solvents and polymers.</a> Carbon. 50 (1), 3-33 (2012).</li>
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<li>Wang, K., Fishman, H. A., Dai, H., Harris, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+Stimulation+with+a+Carbon+Nanotube+Microelectrode+Array%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Neural Stimulation with a Carbon Nanotube Microelectrode Array.</a> Nano Letters. 6 (9), 2043-2048 (2006).</li>
<li>Ansaldo, A., Castagnola, E., Maggiolini, E., Fadiga, L., Ricci, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superior+Electrochemical+Performance+of+Carbon+Nanotubes+Directly+Grown+on+Sharp+Microelectrodes%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Superior Electrochemical Performance of Carbon Nanotubes Directly Grown on Sharp Microelectrodes.</a> ACS Nano. 5 (3), 2206-2214 (2011).</li>
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<li>Driscoll, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-Dimensional+Ti3C2+MXene+for+High-Resolution+Neural+Interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Two-Dimensional Ti3C2 MXene for High-Resolution Neural Interfaces.</a> ACS Nano. 12 (10), 10419-10429 (2018).</li>
<li>Sessolo, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Easy-to-Fabricate+Conducting+Polymer+Microelectrode+Arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Easy-to-Fabricate Conducting Polymer Microelectrode Arrays.</a> Advanced Materials. 25 (15), 2135-2139 (2013).</li>
<li>Shuck, C. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+Ti3AlC2+MAX+Phase+on+Structure+and+Properties+of+Resultant+Ti3C2Tx+MXene%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Nano+Materials%22%5BJournal%5D)">Effect of Ti3AlC2 MAX Phase on Structure and Properties of Resultant Ti3C2Tx MXene.</a> ACS Applied Nano Materials. 2 (6), 3368-3376 (2019).</li>
<li>Hantanasirisakul, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+Ti3C2Tx+MXene+Transparent+Thin+Films+with+Tunable+Optoelectronic+Properties%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Electronic+Materials%22%5BJournal%5D)">Fabrication of Ti3C2Tx MXene Transparent Thin Films with Tunable Optoelectronic Properties.</a> Advanced Electronic Materials. 2 (6), 1600050(2016).</li>
<li>Xu, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrathin+MXene-Micropattern-Based+Field-Effect+Transistor+for+Probing+Neural+Activity%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Ultrathin MXene-Micropattern-Based Field-Effect Transistor for Probing Neural Activity.</a> Advanced Materials. 28 (17), 3333-3339 (2016).</li>
<li>Zhang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Additive-free+MXene+inks+and+direct+printing+of+micro-supercapacitors%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Additive-free MXene inks and direct printing of micro-supercapacitors.</a> Nature Communications. 10 (1), 1795(2019).</li>
<li>Quain, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Writing+of+Additive-Free+MXene-in-Water+Ink+for+Electronics+and+Energy+Storage%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials+Technologies%22%5BJournal%5D)">Direct Writing of Additive-Free MXene-in-Water Ink for Electronics and Energy Storage.</a> Advanced Materials Technologies. 4 (1), 1800256(2019).</li>
<li>Salles, P., Quain, E., Kurra, N., Sarycheva, A., Gogotsi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+Scalpel+Patterning+of+Solution+Processed+Thin+Films+for+Fabrication+of+Transparent+MXene+Microsupercapacitors%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Automated Scalpel Patterning of Solution Processed Thin Films for Fabrication of Transparent MXene Microsupercapacitors.</a> Small. 14 (44), 1802864(2018).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à révéler.

La procédure de synthèse et de délamination MXene décrite dans ce protocole (HF/HCl/LiCl) a été construite à partir de l’approche de gravure MILD qui utilisait un liF/HCl (in situ HF) etchant moyen26. L’approche MILD permet de délaminer spontanément les flocons de Ti3C2 (plusieurs flocons latéraux) pendant le lavage une fois que le pH 5-6 a été atteint. Par rapport à la gravure avec HF seul, cela se traduit par des matériaux avec une meilleure qualité et des propriétés matéri...

Comprendre les mécanismes fondamentaux sous-jacents aux circuits neuronaux, et comment leur dynamique est altérée dans la maladie ou les blessures, est un objectif critique pour développer des thérapies efficaces pour un large éventail de troubles neurologiques et neuromusculaires. Les technologies de microélectrode ont été employées couramment pour élucider la dynamique neurale sur les échelles spatiales et temporelles fines. Cependant, l’obtention d’enregistrements stables avec un rapport signal-bruit élevé (RNS) à partir d’électrodes à microéchelle s’est avérée particulièrement difficile. Comme les dimensions des électrodes sont réduites à l’approche de l’échelle cellulaire, une augmentation correspondante de l’électrode empêche la qualité du signal1. En outre, de nombreuses études ont montré que les électrodes rigides composées de matériaux électroniques conventionnels de silicium et de métal produisent des dommages significatifs et l’inflammation dans le tissu neural, qui limite leur utilité pour l’enregistrement à long terme2,3,4,5. Compte tenu de ces faits, il y a eu un intérêt significatif dans le développement de microélectrodes avec de nouveaux matériaux qui peuvent réduire l’impédance de l’interface électrode-tissu et peuvent être incorporés dans des facteurs de forme souples et flexibles.
Une méthode couramment utilisée pour réduire l’impédance de l’interface électrode-tissu est d’augmenter la zone sur laquelle les espèces ioniques dans le fluide extracellulaire peuvent interagir avec l’électrode, ou la «surface efficace» de l’électrode. Ceci peut être réalisé par nanopatterning6, rugissement de surface7, ou électroplaquage avec des additifs poreux8,9. Les nanomatériaux ont attiré l’attention dans ce domaine parce qu’ils offrent intrinsèquement des zones de surface spécifiques intrinsèquement élevées et des combinaisons uniques de propriétés électriques et mécaniques favorables10. Par exemple, les nanotubes de carbone ont été utilisés comme revêtement pour réduire considérablement l’impédance d’électrode11,12,13,l’oxyde de graphène a été transformé en électrodes douces et flexibles de sonde autoportante 14 , et le graphène poreux laser-pyrolyzed a été employé pour la micro-électrocorticographie flexible et à faible impédance (micro-ECoG) électrodes15. Malgré leur promesse, l’absence de méthodes d’assemblage évolutives a limité l’adoption généralisée de nanomatériaux pour les électrodes d’interfaçage neuronal. Les nanomatériaux à base de carbone en particulier sont généralement hydrophobes, et nécessitent donc l’utilisation de surfactants16, superacides17, ou la fonctionnalisation de surface18 pour former des dispersions aqueuses pour les méthodes de fabrication de solution-traitement, tandis que les méthodes alternatives de fabrication, telles que le dépôt chimique de vapeur (CVD), exigent typiquement des températures élevées qui sont incompatibles avec de nombreux substrats polymères19,20,21 ,22.
Récemment, une classe de nanomatériaux bidimensionnels (2D), connu sous le nom de MXenes, a été décrite qui offre une combinaison exceptionnelle de conductivité élevée, de flexibilité, de capacité volumétrique et d’hydrophilie inhérente, ce qui en fait une classe prometteuse de nanomatériaux pour les électrodes d’interfaçage neuronal23. Les MXenes sont une famille de carbures et de nitrides métalliques de transition 2D qui sont le plus souvent produits par la gravure sélective de l’élément A à partir de précurseurs superposés. Il s’agit généralement de phases MAX avec la formule générale Mn 1AXn, où M est un métal de transition précoce, A est un élément de groupe 12-16 du tableau périodique, X est carbone et / ou de l’azote, et n 1, 2, ou 324. Les flocons de MXene bidimensionnels ont des groupes fonctionnels à terminaison de surface qui peuvent inclure l’hydroxyle (OH), l’oxygène (O) ou le fluor (F). Ces groupes fonctionnels rendent les MXenes intrinsèquement hydrophiles et permettent une modification ou une fonctionnalisation flexible de la surface. De la grande classe de MXenes, Ti3C2 a été le plus largement étudié et caractérisé25,26,27. Ti3C2 montre une capacitance volumétrique remarquablement plus élevée (1 500 F/cm3)28 que le graphène activé (60 x 100 F/cm3)29, carbones dérivés du carbure (180 F/cm3)30, et des films de gel de graphène (260 F/cm3)31. En outre, Ti3C2 montre une conductivité électronique extrêmement élevée (10 000 S/cm)32, et sa biocompatibilité a été démontrée dans plusieurs études33,34,35,36. La capacité volumétrique élevée des films Ti3C 2 est avantageuse pour les applications de détection biologique etde stimulation, car les électrodes qui présentent un transfert capacitif de charge peuvent éviter des réactions d’hydrolyse potentiellement nocives.
Notre groupe a récemment démontré des réseaux de microélectrodes Ti3C2 flexibles et à couches minces, préparés à l’aide de méthodes de traitement de solutions, capables d’enregistrer à la fois la micro-électrocortticographie (micro-ECoG) et l’activité neuronale intracorticale de pointe in vivo avec un SNR36élevé. Ces électrodes MXene ont montré une réduction significative de l’impédance par rapport aux électrodes d’or (Au) de taille comparable, qui peuvent être attribuées à la conductivité élevée de MXene et à la surface élevée des électrodes. Dans ce protocole, nous décrivons les étapes clés pour fabriquer des rangées planaires de microélectrodes de Ti3C2 MXene sur des substrats flexibles de parylène-C et les utilisant in vivo pour l’enregistrement micro-ECoG peropératoire. Cette méthode tire parti de la nature hydrophile de MXene, qui permet l’utilisation de méthodes de traitement des solutions simples et évolutives sans nécessiter l’utilisation de surfactants ou de superacides pour obtenir des suspensions aqueuses stables. Cette facilité de processabilité peut permettre une production rentable de biocapteurs MXene à des échelles industrielles, ce qui a été une limitation majeure à l’adoption généralisée de dispositifs basés sur d’autres nanomatériaux de carbone. La principale innovation dans la fabrication d’électrodes réside dans l’utilisation d’une couche polymère sacrificielle pour micropattern le MXene après spin-coating, une méthode adaptée de la littérature sur la solution traitée poly (3,4-ethylenedioxythiophène):poly (styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) microélectrodes37, mais qui n’avait pas été précédemment décrit pour le modèle MXe. Les propriétés électriques exceptionnelles de Ti3C2, couplé avec sa processabilité et la morphologie 2D en font un matériau très prometteur pour les interfaces neuronales. En particulier, Ti3C2 offre une voie vers le dépassement du compromis fondamental entre la zone géométrique des électrodes et l’impédance de l’interface électrochimique, un facteur limitant principal pour la performance des électrodes à micro-échelle. En outre, la procédure de fabrication décrite dans ce protocole peut être adaptée pour produire des réseaux d’électrodes MXene de différentes tailles et géométries pour différents paradigmes d’enregistrement, et peut également être facilement adaptée pour incorporer d’autres encres conductrices en plus de MXene.

<table><tbody><tr><td>Vis 00-90</td><td>McMaster-Carr</td><td>90910A630</td><td>Vis crâne autour de laquelle le fil de terre est enroulé Contrôleur</td></tr><tr>de<td>stimulation/enregistrement 128ch</td><td>Intan Technologies</td><td></td><td>Un composant du système d’enregistrement neuronal.</td></tr><tr><td>Tubes à centrifuger coniques en polypropylène (PP) de 175 mL</td><td>Falcon</td><td>REF : 352076</td><td>Utilisé pour le lavage</td></tr> du <tr><td>connecteur ZIF à 18 positions avec pas de 0,5 mm</td><td>Molex</td><td>505110-1892</td><td>Utilisé pour interfacer le réseau flexible de microélectrodes en parylène avec la carte adaptateur PCB.</td></tr><tr><td>Connecteur nanominiature mâle à 18 rangées à deux rangées (.025"/.64mm)</td><td>Omnetics Connector Corporation</td><td>A79008-001</td><td>Utilisé pour interfacer la carte adaptateur PCB à la tête d’enregistrement.</td></tr><tr><td>3ML Disposable Plastic Set Transfer Pipettes Graduées</td><td>Rienar</td><td>Rienar-3ML-20PCS</td><td>Utilisé pour le transfert de mordançants ou de solutions MXene</td></tr><tr><td>50 mL de tube à centrifuger concial en polyproylène (PP)</td><td>Falcon</td><td>REF : 352070</td><td>Utilisé pour le lavage et la sélection de la taille</td></tr><tr><td>Al etcant Type A</td><td>Transene</td><td>060-0026000-QT</td><td>Pour enlever la couche de masque de gravure Al après la gravure finale Parylène-C.</td></tr><tr><td>Poudre d’aluminium, -325 mesh, 99,5 % (à base de métaux), taille des particules < 44 < micro ; m</td><td>Alfa Aesar</td><td>CAS : 7429-90-5</td><td>Utilisé pour la synthèse MAX</td></tr><tr><td>Logiciel AutoCAD</td><td>Autodesk Inc.</td><td></td><td>Logiciel de conception pour dessiner des photomasques. Les alternatives gratuites incluent DraftSight et LayoutEditor.</td></tr><tr><td>Tampon d’oxyde de gravure 6:1</td><td>JT Baker</td><td>1178-03</td><td>Pour enlever la couche de SiO2 afin d’exposer les contacts de l’électrode MXene à la fin de la procédure de fabrication.</td></tr><tr><td>Buprénorphine SR</td><td>Wildlife Pharmaceuticals</td> Analgésie <td></td><td>pour la chirurgie du rat</td></tr><tr><td>Centrifugeuse</td><td>Hermle</td><td>Benchmark Z 446</td><td>Utilisé pour le lavage et la sélection de la taille</td></tr><tr><td>Dexdomitor</td><td>Midwest Veterinary Supply</td><td>193.13250.3</td><td>Anesthésie pour la chirurgie du rat</td></tr><tr><td>Fraise de forage</td><td>Outils de science fine 19007-07</td><td></td><td>Meules pour perceuse</td></tr><tr><td>Perceuse électrique</td><td>Foredom</td><td>K.1070</td><td>Perceuse à micromoteur pour craniotomies</td></tr><tr><td>Évaporateur à faisceau d’électrons</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td></td><td>Utilisé pour évaporer le Ti, l’Au et le SiO2 pendant la fabrication. La plupart des salles blanches universitaires disposent de cet outil ou d’un outil similaire.</td></tr><tr><td>Fil de terre</td><td>A-M Systems</td><td>781500</td><td>Fil d’argent nu</td></tr><tr><td>Headspace Fial, verre</td><td>Supelco</td><td>REF : 27298</td><td>Utilisé pour le stockage des solutions MXene</td></tr><tr><td>Acide chlorhydrique (12.1N)</td><td>Fisher Scientific</td><td>CAS : 7647-01-0</td><td>Corrosif ; matériau de gravure</td></tr><tr><td>Acide fluorhydrique, (solution à 48-51 % dans H2O)</td><td>Acros</td><td>CAS : 7664-39-3</td><td>Matériau de gravure</td></tr><tr><td>Jupiter II Système RIE</td><td>March Plasma Systems Inc.</td><td></td><td>Système de gravure RIE planaire utilisé pour graver le Parylène-C à l’aide de plasma O2. La plupart des salles blanches universitaires disposent d’un système de gravure RIE planaire comparable.</td></tr><tr><td>Ruban polyimide standard Kapton, 1/4</td><td>"DuPont</td><td></td><td>Utilisé pour ajouter de l’épaisseur à la région du tampon de liaison Au du réseau de microélectrodes flexible en parylène pour l’insertion dans le connecteur ZIF.</td></tr><tr><td>Hôpital de kétamine</td><td>de l’Université de Pennsylvanie.</td><td></td><td>Anesthésie pour la chirurgie du rat</td></tr><tr><td>KLA P-7 Stylus Profilomètre</td><td>KLA Corporation</td><td></td><td>A utilisé les profils 2D de mesure pour confirmer la gravure complète à travers la couche sacrificielle de parylène-C à l’étape 2.4.2. La plupart des salles blanches universitaires disposent de cet outil ou d’un outil de profilomètre à stylet comparable.</td></tr><tr><td>Chlorure de lithium, 99 % pour l’analyse, anhydre</td><td>Acros</td><td>CAS : 7447-41-8</td><td>Hygroscopique ; matériau de délaminage</td></tr><tr><td>Aligneur de masque MA6</td><td>Karl Suss Microtec AG</td><td></td><td>Utilisé pour aligner chaque photomasque sur le motif de la plaquette et exposer la plaquette à la lumière UV. La plupart des salles blanches universitaires disposent de cet outil ou d’un outil similaire.</td></tr><tr><td>Solution de nettoyage Micro-90</td><td>International Products Corporation</td><td>M-9050-12</td><td>Utilisé comme couche anti-adhésive pour permettre l’élimination de la couche sacrificielle de parylène-C pour modeler le MXene</td></tr><tr><td>NR71-3000p photoresist</td><td>Futurrex Inc.</td><td>NR71-3000p</td><td>Photorésine négative utilisée pour définir les traces Ti/Au et les motifs MXene dans les dispositifs.</td></tr><tr><td>Pommade ophtalmique</td><td>Midwest Veterinary Supply</td><td>193.63200.3</td><td>Pour prévenir le dessèchement de la cornée pendant la chirurgie</td></tr><tr><td>Système de dépôt de parylène</td><td>Systèmes de revêtement</td><td></td> spécialisés <td>Utilisé pour évaporer de minces films conformes de dimère de parylène-C de parylène-C</td></tr><tr><td></td><td>Systèmes de revêtement spécialisés</td><td>980130-c-01lbe</td><td>Polymère flexible utilisé comme couches de passivation inférieure et supérieure pour les dispositifs</td></tr> <tr><td>MXene flexiblesPhotomasques (chrome sur verre sodocalcique)</td><td>Université de Pennsylvanie</td><td></td><td>Nos photomasques ont été produits dans la salle blanche de l’Université à l’aide d’un système d’écriture laser Heidelberg DWL66+, mais plusieurs fournisseurs fabriquent des photomasques à partir des fichiers de conception fournis.</td></tr><tr><td>Solution de povidone iodée</td><td>Medline</td><td>MDS093901</td><td>Pour aider à prévenir l’infection autour de l’incision du cuir chevelu</td></tr><tr><td>Carte de circuit imprimé (PCB)</td><td>Circuits</td><td></td> avancés <td>Utilisé pour l’interface entre le réseau d’électrodes MXene et l’électronique de mesure telle que le potentiostat et le système d’enregistrement Intan. Advanced Circuits et d’autres fournisseurs fabriquent et assemblent des circuits imprimés à partir des fichiers de conception fournis.</td></tr><tr><td>RD6 Développeur</td><td>Futurrex Inc.</td><td>RD6 Développeur</td><td>Utilisé pour développer la résine photosensible négative NR71-3000p suite à une exposition aux UV</td></tr><tr><td>Référence 600 Potentiostat</td><td>Gamry Instruments</td><td></td><td>Utilisé pour mesurer l’impédance des électrodes afin d’évaluer la qualité des appareils</td></tr><tr><td>Dissolvant PG</td><td>MicroChem Corp.</td><td>G050200</td><td>Utilisé pour retirer le NR71-3000p suite à un dépôt de métal afin d’effectuer un motif de décollage</td></tr><tr><td>RHS2000 Câble d’interface Stim SPI</td><td>Intan Technologies</td><td></td><td>Un composant du système d’enregistrement neuronal.</td></tr><tr><td>RHS2116 carte d’amplification</td><td>Intan Technologies</td><td></td><td>Un composant du système d’enregistrement neuronal.</td></tr><tr><td>Siwafers</td><td>Wafer World</td><td>2885</td><td>Substrat pour la fabrication</td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>Équipement</td><td></td> rentable <td>Pour l’enduction des plaquettes avec des résines et l’application des couches Micro-90 et MXene. La plupart des salles blanches des universités sont équipées de spin coaters.</td></tr><tr><td>Cadre stéréotaxique</td><td>Kopf Instruments</td><td>Modèle 902</td><td>Pour positionner le rat pour la neurochirurgie</td></tr><tr><td>Barre d’agitation magnétique recouverte de téflon</td><td>Corning</td><td>REF : 1233W95</td><td>Utilisé pour agiter pendant la gravure et l’intercalation</td></tr><tr><td>Carbure de titane, 99,5 % (base métalliques), taille des particules ~2 &micro ; m</td><td>Alfa Aesar</td><td>CAS : 12070-08-5</td><td>Utilisé pour la synthèse MAX</td></tr><tr><td>Poudre de titane, -325 mesh, 99 % (à base de métaux), taille des particules < 44&micro ; m</td><td>Alfa Aesar</td><td>CAS : 7440-32-6</td><td>Utilisé pour la synthèse MAX</td></tr><tr><td>Sonicateur à bain ultrasonique</td><td>Reynolds Tech</td><td></td><td>Pour l’élimination des particules métalliques et photosensibles pendant les processus de décollage pour modeler les métaux.</td></tr><tr><td>Spectrophotomètre UV-vis</td><td>ThermoScientific</td><td>Evolution 201</td><td>Utilisé pour déterminer la concentration et observer le pic d’absorption</td></tr><tr><td>Zetasizer, Analyse granulométrique</td><td>Malvern Panalytical</td><td>Nano ZS</td><td>Utilisé pour déterminer la distribution latérale de la taille des particules</td></tr></tbody></table>

fabrication de ti3c2 mxene microelectrode arrays pour in vivo neural recording

Fabrication of Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays for In Vivo Neural Recording

Les technologies implantables de microélectrode ont été employées couramment pour élucider la dynamique neurale à l’échelle micrométrique pour acquérir une compréhension plus profonde des fondements neuronaux des maladies et des dommages de cerveau. Comme les électrodes sont miniaturisées à l’échelle des cellules individuelles, une augmentation correspondante de l’impédance d’interface limite la qualité des signaux enregistrés. En outre, les matériaux d’électrode conventionnels sont rigides, ce qui entraîne un décalage mécanique significatif entre l’électrode et le tissu cérébral environnant, ce qui provoque une réponse inflammatoire qui conduit finalement à une dégradation des performances de l’appareil. Pour relever ces défis, nous avons développé un procédé de fabrication de microélectrodes flexibles à base de Ti3C2 MXene, un nanomatériau récemment découvert qui possède une capacité volumétrique remarquablement élevée, la conductivité électrique, la fonctionnalité de surface et la processabilité dans les dispersions aqueuses. Les réseaux flexibles de microélectrodes Ti3C2 MXene ont une impédance remarquablement faible en raison de la conductivité élevée et de la surface spécifique élevée des films Ti3C2 MXene, et ils se sont avérés extrêmement sensibles pour l’enregistrement de l’activité neuronale. Dans ce protocole, nous décrivons une nouvelle méthode pour micropatterning Ti3C2 MXene dans des tableaux de microélectrode sur des substrats polymères flexibles et dénonçons leur utilisation pour l’enregistrement in vivo de micro-électrocorticographie. Cette méthode peut facilement être étendue pour créer des réseaux d’électrodes MXene de taille arbitraire ou de géométrie pour une gamme d’autres applications en bioélectronique et il peut également être adapté pour une utilisation avec d’autres encres conductrices en plus de Ti3C2 MXene. Ce protocole permet la fabrication simple et évolutive de microélectrodes à partir d’encres conductrices basées sur des solutions, et permet spécifiquement d’exploiter les propriétés uniques de l’hydrophile Ti3C2 MXene pour surmonter bon nombre des obstacles qui ont longtemps entravé l’adoption généralisée de nanomatériaux à base de carbone pour les microélectrodes neurales à haute fidélité.

Les données micro-ECoG enregistrées sur un réseau de microélectrodes MXene sont affichées à la figure 5. Après l’application du réseau d’électrodes sur le cortex, des signaux physiologiques clairs ont été immédiatement apparents sur les électrodes d’enregistrement, avec environ 1 mV d’amplitude ECoG signaux apparaissant sur toutes les électrodes MXene. Les spectres de puissance de ces signaux ont confirmé la présence de deux rythmes cérébraux couramment observés chez les rats sous anesthésie...

Nous décrivons ici une méthode pour fabriquer des tableaux de microélectrode Ti3C2 MXene et les utiliser pour l’enregistrement neuronal in vivo.

Fabrication de Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays pour In Vivo Neural Recording

Implantable microelectrode technologies have been widely used to elucidate neural dynamics at the microscale to gain a deeper understanding of the neural ...

Ce protocole de synthèse produit de l’encre MXene de haute qualité avec une conductivité métallique qui dépasse les 10 000 Siemens par centimètre. Le principal avantage de cette technique est qu’elle permet le micro-modelage précis des films MXene sans endommager le film ou laisser des résidus nocifs sur les électrodes. Pour préparer une encre carbure de titane, ajoutez lentement deux grammes de carbure en aluminium titane précurseur d’un récipient de réaction de 125 millilitres contenant une solution de gravure sélective et remuez la solution avec une barre magnétique en téflon pendant 24 heures à 35 degrés Celsius à 400 rotations par minute.À la fin de l’incubation, ajouter 50 millilitres d’eau déionisée à deux tubes centrifugeuses de 175 millilitres, diviser le mélange de réaction de gravure également entre les tubes et remplir à la marque de 150 millilitres. Lavez le matériau par centrifugation répétée, décantant le supernatant acide dans un récipient de déchets dangereux en plastique et ajoutant de l’eau douce aux tubes entre les étapes de centrifugation jusqu’à ce que le pH de la solution supernatale atteigne au-dessus du pH six. Pour que l’intercalation des molécules entre la particule multicouche MXene s’affaiblisse des interactions plane, ajouter deux grammes de chlorure de lithium à 100 millilitres d’eau déionisée et remuer la solution à 200 rotations par minute.Lorsque le chlorure de lithium s’est dissous, mélangez 100 millilitres de la solution de chlorure de lithium avec le sédiment carbure en titane carbure en titane. Transférez la solution dans le contenant en plastique de 125 millilitres et remuer la réaction pendant 12 heures à 25 degrés Celsius et 200 rotations par minute. Pour la délamination de la particule multicouche en vrac en carbure de titane MXene à couche unique à quelques couches, lavez la solution d’intercalation avec de multiples centrifugations, décantant le supernatant clair jusqu’à ce qu’un supernatant foncé soit observé.Puis centrifuger le supernatant foncé pendant une heure avant de décanter le supernatant vert dilué. Redispersez les sédiments gonflés avec 150 millilitres d’eau déionisée et divisez la solution également en trois tubes de centrifugeuse de 50 millilitres. Centrifugez les échantillons pour séparer les sédiments MXene restants du supernatant MXene et mettre en commun les supernatants en un seul récipient.Ensuite, centrifugez la solution pendant une heure supplémentaire pour la sélection de la taille et l’optimisation de la solution pour isoler les flocons simples à quelques couches. Pour la fabrication de réseau de microélecrodes en titane carbure, déposez une couche inférieure épaisse de quatre micromètres de Parylène-C sur une plaquette de silicium propre. Pour utiliser la photolithographie pour définir les motifs métalliques sur la gaufrette, faites tourner le photorésistant sur la gaufrette à 3000 rotations par minute pendant 40 secondes avant de cuire doucement la gaufrette sur une plaque chaude pendant 14,5 minutes à 95 degrés Celsius.Ensuite, chargez la gaufrette et masquez-en une dans une gouttière de masque avec la gaufrette positionnée de sorte que l’anneau sur le masque photo chevauche tous les bords de la gaufrette. Exposez la gaufrette avec des longueurs d’onde de 365 nanomètres de ligne oculaire à une dose carrée de 90 millijoule par centimètre et faites cuire la gaufrette sur une plaque chaude pendant une minute à 115 degrés Celsius. À la fin de la cuisson dure, plonger la gaufrette dans la RD6 développeur pendant deux minutes avec agitation continue avant de rincer soigneusement avec de l’eau déionisée et souffler le séchage avec un pistolet à azote.Utilisez un évaporateur de faisceau d’électrons pour déposer 10 nanomètres de titane suivis de 100 nanomètres d’or sur la plaquette. Puis immerger la gaufrette dans la décapante solvant pendant environ 10 minutes jusqu’à ce que le photorésiste se soit dissous et que l’excès de métal ait complètement décollé. Une fois le décollage terminé, sonifier la gaufrette pendant 30 secondes pour enlever les traces restantes de métal indésirable et rincer la gaufrette à l’aide d’une décapante de solvant frais et d’eau déionisée avant de sécher à l’aide d’un pistolet à azote.À la fin du processus de décollage, de l’or sera visible dans les traces d’interconnexion souhaitées et dans l’anneau autour du bord de la plaquette. Pour le dépôt de la couche sacrificielle de Parylène-C, exposez d’abord la gaufrette au plasma d’oxygène pendant 30 secondes pour rendre la couche hydrophilique sous-jacente de parylène-C avant que le revêtement spin dilue la solution de nettoyage sur la gaufrette à 1000 rotations par minute pendant 30 secondes. Laisser sécher la gaufrette pendant au moins cinq minutes avant de déposer trois micromètres de Parylène-C sur la plaquette, comme il est démontré.Après une deuxième série de photolithographie à l’aide du masque deux, utilisez l’ion réactif plasma à oxygène pour graver à travers la couche sacrificielle parylène-C dans les zones non couvertes par le photorésistant pour définir les électrodes et les traces de MXene. La gravure doit se chevaucher partiellement avec les interconnexions d’or de titane ainsi que l’anneau autour des bords de la gaufrette. Ensuite, utilisez un profilomètre pour mesurer le profil entre les interconnexions de titane et d’or exposées et la couche inférieure parylène-C pour confirmer une gravure complète de la couche sacrificielle parylène-C.Pour faire tourner la solution MXene sur la gaufrette, distribuez d’abord la solution sur chacun des motifs MXene désirés avant de faire tourner la gaufrette à 1000 rotations par minute pendant 40 secondes. Séchez la gaufrette sur une plaque chaude de 120 degrés Celsius pendant 10 minutes pour enlever toute eau résiduelle du film MXene puis utilisez un évaporateur de faisceau d’électrons pour déposer une couche protégée de dioxyde de silicium de 50 nanomètres sur la gaufrette. Pour enlever la couche sacrificielle de Parylène-C, placez une petite goutte d’eau déionisée sur le bord de la gaufrette et utilisez des pinces à épiler la couche sacrificielle parylène-C à partir de l’endroit où les bords de la couche sont définis dans l’anneau autour de l’extérieur de la gaufrette.Ensuite, rincez soigneusement la gaufrette avec de l’eau désionisée fraîche pour enlever tout résidu de solution de nettoyage restant et séchez la gaufrette à l’aide d’un pistolet à azote. Placez la gaufrette séchée sur une plaque chaude de 120 degrés Celsius pendant une heure pour enlever toute eau résiduelle des films mxene à motifs avant de déposer une couche épaisse de quatre micromètres de Parylène-C sur la gaufrette, comme on l’a démontré. Après avoir effectué une autre ronde de photolithographie avec le masque trois, utilisez un évaporateur de faisceau d’électrons pour déposer de l’aluminium de 100 nanomètres sur la gaufrette et plonger la gaufrette dans une décapante de solvant pendant 10 minutes jusqu’à ce que le métal ait complètement décollé de la plaquette.Après la sonication, le rinçage et le séchage comme démontré, l’aluminium peut être observé couvrant les dispositifs avec des ouvertures pour les électrodes et les garnitures de liaison. Utilisez la gravure réactive d’ion de plasma d’oxygène pour graver par les couches de Parylene-C entourent les dispositifs et par la couche supérieure de Parylene-C couvrant les contacts d’électrode de MXene et les garnitures de liaison d’or. Lorsqu’aucun résidu de parylène-C ne reste sur la gaufrette entre les appareils, utilisez une gravure chimique humide dans l’aluminium etchant de type A à 50 degrés Celsius pendant 10 minutes ou jusqu’à ce qu’une minute passe lorsque toutes les traces visuelles de l’aluminium ont disparu.Pour graver l’oxyde de silicium qui recouvre les électrodes MXene, utilisez une gravure chimique humide en oxyde tamponné six contre un pendant 30 secondes. Placez ensuite une petite goutte d’eau déionisée à l’extrémité de l’appareil. Peler doucement l’appareil car l’eau est méchante sous l’appareil par action capillaire pour libérer l’appareil de la gaufrette substrat de silicium.Ici, des données de micro-électrocorticographie d’échantillon enregistrées sur un tableau de microélecrode de MXene sont montrées. Les états corticals putatifs de DOWN sont basés sur l’auge de l’oscillation lente à un à deux hertz. Après application du tableau d’électrode sur le cortex, des signaux physiologiques clairs étaient immédiatement apparents sur les électrodes d’enregistrement avec approximativement un millivolt signaux d’électrocorticographie d’amplitude apparaissant sur toutes les électrodes de MXene.Les spectres de puissance de ces signaux ont confirmé la présence de deux rythmes cérébraux couramment observés chez les rats sous anesthésie de kétamine dexmedetomidine, d’une à deux oscillations lentes d’hertz et d’oscillations gamma à 40 à 70 hertz. En outre, une atténuation de puissance à large bande de signature pendant l’état down de l’oscillation lente et une bande bêta sélective de 15 à 30 hertz et 40 à 120 hertz amplification de puissance de bande gamma pendant l’état d’UP de l’oscillation lente ont été observées. L’optimisation de la méthode de synthèse a permis d’expansion de l’utilisation de MXenes dans d’autres applications telles que les appareils optoélectroniques, les textiles intelligents, et plus encore.Cette procédure implique l’utilisation de produits chimiques dangereux, y compris l’acide fluorhydrique, l’aluminium etchant, et le développeur photorésiste. Assurez-vous d’utiliser toujours l’EPI approprié lors de la manipulation de ces produits chimiques.

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Dans ce protocole, nous montrer comment fabriquer et tétrodes condition pour une utilisation avec un éventail de micro-disque, qui a été conçu pour les enregistrements électrophysiologiques chroniques chez le rat. De plus, nous illustrons les étapes finales de la construction de micro-array disque, qui comprend l'installation de câbles de terre et d'un cône de protection.

Micro-drive tableau pour les maladies chroniques In vivo Enregistrement: Assemblée Tétrode

La conception et l'assemblage de micromoteurs pour des enregistrements électrophysiologiques in vivo des signaux du cerveau de la souris est décrite. En attachant des faisceaux de microélectrodes aux transporteurs carrossables robustes, ces techniques permettent des enregistrements de neurones à long terme et stable. Le design léger permet une performance comportementale sans restriction par l'animal implantation d'entraînement suivant.

Construction de tableaux Microdrive pour les enregistrements de neurones chroniques chez la souris Behaving Awake

Nous avons conçu une procédure dans laquelle un cadavre humain formaldéhyde-fixe est utilisé pour aider les neurochirurgiens en formation pour l’implantation de tableaux de la microélectrode dans le néocortex du cerveau humain.

Formation en chirurgie pour l’Implantation de la microélectrode néocorticales tableaux en utilisant un modèle de cadavre humain formaldéhyde-corrigé

Décrit ci-dessous est une méthode pour l'implantation de plusieurs réseaux d'électrodes de polymère à travers les régions anatomiquement éloignées du cerveau pour l'enregistrement électrophysiologique chronique chez les rats en mouvement libre. La préparation et l'implantation chirurgicale sont décrites en détail, en mettant l'accent sur les principes de conception pour guider l'adaptation de ces méthodes pour une utilisation dans d'autres espèces.

Implantation chronique de multiples réseaux d'électrodes polymères flexibles

Nous avons montré que la gravure de nano-architecture dans des dispositifs intracortical de microélectrode peut réduire la réponse inflammatoire et a le potentiel d'améliorer des enregistrements électrophysiologiques. Les méthodes décrites ci-contre décrivent une approche pour équerler les nano-architectures à la surface des microélectrodes intracorticales non fonctionnelles et fonctionnelles de silicium à tige unique.

Lithographie focalisée de faisceau d'ion à Etch Nano-architectures dans des microélectrodes

Ce protocole décrit une procédure de construction de réseaux de microélectrodes en fibre de carbone pour des enregistrements électrophysiologiques in vivo chroniques et aigus chez la souris (Mus musculus) et le furet (Mustela putorius furo) à partir de plusieurs régions du cerveau. Chaque étape, après l’achat de fibres de carbone brutes pour l’implantation de réseaux de microélectrodes, est décrite en détail, en mettant l’accent sur la construction de réseaux de microélectrodes.

Construction et mise en œuvre de réseaux de microélectrodes en fibre de carbone pour les enregistrements in vivo chroniques et aigus

Ici, nous décrivons la méthodologie de fabrication de réseaux d’électrodes en fibre de carbone personnalisables pour l’enregistrement in vivo dans les nerfs et le cerveau.

Boîte à outils open-source: réseau de microélectrodes en fibre de carbone de paillasse pour l’enregistrement des nerfs

Le présent protocole décrit la construction de réseaux de microélectrodes sur mesure pour enregistrer les potentiels de champ local in vivo à partir de plusieurs structures cérébrales simultanément.

Construction de microélectrodes de potentiel de champ local pour des enregistrements in vivo à partir de plusieurs structures cérébrales simultanément

Ici, nous présentons une méthode pour l’évaluation à long terme de la performance et de la sécurité des réseaux d’électrodes sous-durales souples dans un modèle mini-porc, décrivant la méthode et les outils chirurgicaux, l’imagerie par résonance magnétique postopératoire, l’électrophysiologie du cortex auditif, les propriétés électrochimiques de l’implant et l’immunochimie post-mortem.

Implantation d’un réseau d’électrocorticographie molle sous-durale (ECoG) et enregistrement cortical à long terme chez les miniporcs

Un système d’enregistrement électroencéphalographique à faible coût combiné à une bobine de taille millimétrique est proposé pour stimuler la stimulation magnétique transcrânienne du cerveau de la souris in vivo. En utilisant des électrodes à vis conventionnelles avec un substrat multi-électrodes flexible sur mesure, l’enregistrement multisite peut être effectué à partir du cerveau de la souris en réponse à la stimulation magnétique transcrânienne.

Système d’enregistrement électroencéphalographique à faible coût combiné à une bobine de taille millimétrique pour stimuler transcrânalement le cerveau de la souris in vivo

Notre objectif était de fournir un guide mis à jour et facile à suivre sur la fabrication et les tests d’électrodes d’électromyographie épimysiale. À cette fin, nous fournissons des instructions pour l’approvisionnement en matériaux et une présentation détaillée du processus de fabrication et de test.

Développement d’une électrode d’électromyographie épimysiale à faible coût : un flux de travail simplifié pour la fabrication et les tests

Découvrez la fabrication de réseaux de microélectrodes en MXène Ti₃C₂ pour l'enregistrement neuronal in vivo. Cette méthode permet le micro-usinage précis des films de MXène tout en préservant leur intégrité structurelle et leur conductivité métallique.

Fabrication de Ti₃C₂ MXene Microelectrode Arrays pour In Vivo Neural Recording

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