ליתוגרפיה של קרן יון ממוקדת לחרוט ננו-ארכיטקטורות למיקרואלקטרודות

השימוש בליתוגרפיה ממוקדת של קרן היונים, או FIB, מאפשר לחוקרים לשפר את האינטראקציה על פני התא על ידי תכנון משטחי חומרים שהגדילו את תאימות הביולוגית ואת האינטגרציה עם הרקמה המקורית. עם FIB, ניתן החרט תכונות במגוון חומרים, כגון סיליקון, מתכות ופולימרים. ניתן להשתמש גם במשטחים שאינם פלנאריים ויתבצעו לאחר העיבוד בהתקנים בודדים.

באופן כללי, ניתן להשתמש בשיטה זו במיקרוסקופים אחרים. עם זאת, ליצרני מיקרוסקופ שונים יש גרסאות ייחודיות של תוכנת התבניות, שיש למטב עבור כל מערכת. הפגנת ההליך, תהיה מיס שריה מהאג'אן, סטודנטית לתואר שני מהמעבדה שלי.

כדי להתכונן להרכבה, השתמשו במטס ואקום משועמם עדין כדי לקלוט בזהירות את הרצועה הנקייה של גשושיות סיליקון. מניחים אותם על תותב אלומיניום נקי המשמש לסריקת מיקרוסקופ אלקטרונים הדמיית FIB ותחריט. השתמש בקיסם כדי למקם טיפה זעירה של צבע כסף על קצה מצע הסיליקון המקיף את החללית.

אבטחו את הרצועה על ידי הפצת צבע הכסף סביב צידי מצע הסיליקון המקיף את הגשוש. אפשר לצבע הכסף להתייבש לחלוטין לפני הנחת סקצוב האלומיניום ב- SEM FIB. לאחר מכן, לחץ על לחצן פתח אוורור בכרטיסיה בקרת קרן כדי לפרוק את תא SEM FIB.

הקש Shift F3 כדי לבצע שלב ביתי. אשר את הבחירה, על-ידי בחירה בלחצן 'שלב הבית' בחלון הנפתח. לאחר השלמת שלב הבתים, הזיזו את הבמה לתיאום X=70 מילימטרים, Y=70 מילימטרים, Z=0 מילימטרים, T=0 מעלות, R=0 מעלות.

לאחר החדר הוא אוורור, לשים על כפפות ניטריל נקיות ולפתוח את דלת התא. הכנס את תותך האלומיניום המחזיק את הבדיקות לראש מתאם הבמה. אבטח את תותך האלומיניום על-ידי הידוק הבורג בצד מתאם הבמה.

ודא שהגובה מותאם כראוי. השתמש במפתח הברגים הקסדצימטרי באורך 1.5 מילימטר עבור משימה זו. בזהירות להניף את זרוע מצלמת הניווט פתוח עד שהוא מפסיק.

שלב המיקרוסקופ יעבור באופן אוטומטי למיקום מתחת למצלמה. צפה בתמונה החיה המוצגת ברביע שלוש של ממשק המשתמש של המיקרוסקופ. לאחר שרמת הבהירות תסתגל אוטומטית לרמה המתאימה, רכוש את התמונה על-ידי לחיצה על הלחצן כלפי מטה על סוגר המצלמה.

פעולה זו אורכת כ- 10 שניות. הנדנד את זרוע המצלמה בחזרה למיקום הסגור. הבמה תחזור לעמדה המקורית.

סגור בזהירות את דלת תא המיקרוסקופ. צפה בתצלמת המצלמה של CCD ברביע ארבע בעת סגירת הדלת. ודא שהדגימות והבמה נמצאות במרחק בטוח מכל רכיב קריטי בתא המיקרוסקופ.

בחר את לחצן משאבה עם ניקוי לדוגמה בתוכנת ממשק המשתמש כדי להפעיל את משאבת ואקום התא ומנקה פלזמה מובנה. המתן כשמונה דקות לזמן השאיבה ומחזור ניקוי הפלזמה של תא המיקרוסקופ שישלים. לאחר שהסמל בפינה השמאלית התחתונה של ממשק המשתמש הופך לירוק, לחץ על לחצן התעוררות בכרטיסייה לבקרת קרן המדליקה את קרני האלקטרונים והיונים.

בחר רביע אחד והגדר את אות הקרן לקרן אלקטרונים. ואז להגדיר רביע 2 לקרן יון. עכשיו, להגדיר את מתח SEM לחמישה קילו-וולט, זרם קרן SEM ל 0.20 ננואמפ, גלאי SEM לתעודת סל, ואת מצב גלאי אלקטרונים משניים.

הגדר את מתח FIB ל-30 קילו-וולט, את קרן ה-FIB ל-24 פיקואמפים, את גלאי FIB לגלאי ICE ואת מצב הגלאי לאלקטרון המשני. לחץ פעמיים על גשושית הסיליקון בתצלום מצלמת הניווט, רביע שלוש כדי להזיז את הבמה למיקום המשוער של החללית. לחץ על רביע אחד כדי לבחור אותו כמו הרבע הפעיל ולחץ על כפתור השהיה כדי להתחיל סריקת SEM.

הגדר את זמן השתהות הסריקה ל- 300 ננו-שניות וכבה את 'סרוק השזור', 'שילוב קו' ו'חישוב ממוצע של מסגרות'. הגדר את סיבוב הסריקה לאפס בכרטיסיה בקרת קרן. לחצו לחיצה ימנית על המכוונן הדו-מימדי Beam Shift ובחרו אפס.

התאימו את ההגדלה לערך המינימלי על-ידי הפיכת כפתור ההגדלה נגד כיוון השעון בלוח ממשק המשתמש של המיקרוסקופ. התאימו את בהירות התמונה ואת הניגודיות בעזרת הידיות בחלונית ממשק המשתמש או בסמל סרגל הכלים 'בהירות חדות אוטומטית'. הזז את הבמה על-ידי לחיצה כפולה שמאלה על העכבר על תכונה כדי למרכז אותה.

לאחר מכן הזיזו את גשושית הסיליקון הרצויה כדי להיות בדוגמת מילוי למרכז תמונת SEM. אתר קצה או תכונה אחרת, כגון חלקיק אבק או שריטה. הגדל את ההגדלה ל- 2000x על-ידי סיבוב ידית ההגדלה בכיוון השעון.

התאם את המוקד של ה- SEM על-ידי הפיכת ידיות המיקוד הקוביות וה העדינות בממשק המשתמש של המיקרוסקופ, עד שהתמונה תתמקד. לאחר שהתמונה נמצאת במוקד, בחר בלחצן קישור דוגמה Z למרחק עבודה בסרגל הכלים. ודא שהפעולה הושלמה על-ידי התבוננות בתיאום ציר Z בכרטיסיה ניווט.

הערך צריך להיות כ 11 מילימטרים. הקלד 4.0 מילימטרים במיקום ציר Z ולחץ על לחצן עבור אל באמצעות העכבר. להזיז את הבמה X ו- Y כדי לאתר את הכתף של החללית סיליקון.

מקם אותו קרוב ככל האפשר למרכז ה- SEM. שנה את הטיית הבמה ל- 52 מעלות על-ידי הקלדת 52 בתיאום T ופגיעה ב- Enter. שים לב אם נראה כי כתף הגשוש זזה למעלה או למטה בתמונה.

השתמשו במ המחוון Stage Z כדי להחזיר את כתף הגשוש למרכז תמונת SEM. התאם רק את מיקום ה-Z. אל תזיז את הציר X, Y, T או R.

הפעל את התכונה המוכללת של יישור XT, הממוקמת בתפריט הנפתח של השלב. השתמש בעכבר כדי ללחוץ על שתי נקודות במקביל לקצה החללית. מיי ודא שלחצן הפתגם האופקי נבחר בחלון הנפתח ולחץ על סיום.

השלב יסתובב כדי ליישר את החללית עם ציר ה-X של הבמה. כוונן את השלב ב- XY באמצעות העכבר כדי לשים שוב את הכתף התחתונה של הגשוש במרכז תמונת SEM. בחרו ב-FIB ברביע 2 וודאו שזרם הקרן עדיין 24 פיקואמפ.

הגדר את ההגדלה ל- 5000X ואת זמן ההתעכבות ל- 100 ננו-שניות. הקלד Control-F בלוח המקשים כדי להגדיר את מוקד ה- FIB ל- 13 מילימטרים. בכרטיסיה בקרת קרן, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על המכוונן הדו-מימדי של סטיגמטור ובחר אפס.

כמו כן, לחצו לחיצה ימנית במכוונן הדו-מימדי Beam Shift ובחרו 'אפס'. הגדר את סיבוב הסריקה לאפס מעלות ולחץ על לחצן בהירות החדות האוטומטית בסרגל הכלים. חפש תמונה של כתף הגשוש ברביע 2.

השתמש בכלי תצלום בזק כדי להשיג תמונה ב- FIB. אשר כתף החללית היא במרכז התמונה FIB. אם לא, לחץ פעמיים על כתף החללית כדי להזיז אותו למרכז.

הזז את הבמה שמאלה על-ידי דחיפת מקש החץ השמאלי במקלדת בערך 10 עד 15 פעמים. צלם תמונה נוספת ושים לב אם צד הגשוש עדיין נמצא במרכז ה- FIB. לאחר חזרה על שלבים אלה עד קצה כתף החללית מיושר באופן מושלם עם ציר X של הבמה, להשתמש FIB כדי להזיז את הבמה בחזרה לכתף התחתונה של החללית.

שמור את מיקום הבמה ברשימת המיקום על-ידי לחיצה על לחצן הוסף. שנה את זרם קרן FIB ל 2.5 nanoamps ולוודא את ההגדלה של FIB הוא עדיין 5000X. הפעל את פונקציית ניגודיות הבהירות האוטומטית והגדר את זמן ההשתהות של FIB ל- 100 ננו-שניות.

לחץ על לחצן ההשהיה כדי להתחיל בסריקה. התאימו את המיקוד והסטיגמטיזם של FIB במהירות ובדיוק ככל האפשר באמצעות ידיות המיקוד הפותות והדקות וכפתורי הסטיגמטור X ו- Y בלוח ממשק המשתמש. לחץ על לחצן ההשהיה כדי להפסיק את סריקת FIB.

בתוך תוכנת Nanobuilder, לפתוח את הקובץ עבור דפוס בדיקות סיליקון. בחרו בתפריט הנפתח 'מיקרוסקופ' ובחרו 'הגדר מקור שלב'. בחר בתפריט הנפתח מיקרוסקופ ולאחר מכן בחר כייל גלאים.

בממשק המשתמש מיקרוסקופ, לחץ על Quad One פעם אחת עם העכבר כדי לבחור Quad One. לחץ על אישור כדי להפעיל את הכיול. התהליך ייקח בערך חמש דקות.

ודא שגלאי ETD ו- ICE מכיילים. בתוך התוכנה, בחר בתפריט הנפתח מיקרוסקופ ובחר בצע כדי להפעיל את רצף התבניות. לאחר השלמת התבנית, סגור את התוכנה.

לחץ על Vent בכרטיסיה בקרת קרן ממשק משתמש מיקרוסקופ כדי לכבות את קרני מיקרוסקופ ולהתחיל את מחזור האוורור. בזמן שהתא פורק, הזיזו את הבמה לנקודות הציון המתאימות. לאחר החדר הוא אוורור, לשים על כפפות ניטריל נקי ולמשוך לפתוח את דלת התא.

שחרר את בורג הסט במתאם ה- Stub באמצעות מפתח הברגים הקסדצימטרי באורך 1.5 מילימטר. הסר את תקע האלומיניום המכיל את הגשוש בדוגמת מהתא. סגור בזהירות את דלת תא המיקרוסקופ.

צפה בתצלמת המצלמה של CCD ברביע ארבע בעת סגירת הדלת. ודא כי מתאם הבמה נמצא במרחק בטוח מכל רכיב קריטי בתא המיקרוסקופ. להלן תמונות SEM של גשושיות הסיליקון החד-שוקיות הלא פונקציונליות עם ארכיטקטורות ננו-ארכיטקטורות חרוטות FIB לאורך הצד האחורי של השוק.

הממדים הסופיים של הננו-ארכיטקטורה החרוצה היו קווים מקבילים ברוחב 200 ננומטר במים זה מזה ועומקם היה 200 ננומטר. כדי לקבוע כיצד תחריט ננו-ארכיטקטורות על פני השטח של החללית משפיע על הצפיפות העצבית מיד סביב השתל, הגרעינים העצביים היו מוכתמים וכומתו. הישרדות עצבית מוצגת כאחוז מאזור הרקע מאותם מרחקים של בעלי חיים של 50 פחי מיקרון הרחק מאתר השתל.

היו באופן משמעותי יותר נוירונים סביב בדיקות ננו-ארכיטקטורה במרחקים של 100 עד 150 מיקרון מאתר השתלים בהשוואה לשתלי הבקרה החלקים בארבעה שבועות לאחר ההשתלה. ננו-ארכיטקטורות נחרטו גם FIB בצד האחורי של מיקרואלקטרוניקה פונקציונלית של סיליקון שוק יחיד ומדידות אלקטרופיזיולוגיות כומתו כדי לחקור כיצד תחריט ננו-ארכיטקטורות משפיע על ביצועי האלקטרודה. תוצאות אלקטרופיזיולוגיות הראו אחוזים גבוהים יותר של ערוצים המתעדים יחידות בודדות מהמיקרו-אלקטרורודים הננו-ארכיטקטורה בהשוואה למיקרו-אלקטרודס הבקרה החלקה.

לא בוצע ניתוח סטטיסטי עבור microelectrode ננו אדריכלות כי רק אחד הושתל למחקר פיילוט הוכחת הרעיון. תחריט FIB מאפשר לחוקרים לחקור כיצד תוספת של רמזים טופוגרפיים על מכשירים רפואיים יכולה לשפר את התגובה התאית ובסופו של דבר, את הביצועים של המכשיר. רוחב המכשירים הרפואיים שניתן ליישם על שיטות אלה הוא בלתי מוגבל, שכן FIB יכול להתבצע על מגוון רחב של חומרים, גיאומטריות פני השטח, והכי חשוב, כבר מיוצר מכשירים.