Name: Fabbricazione di array di microelettrodi Ti3C2 MXene per la registrazione neurale In Vivo (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-02-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 58 s
Description: Scopri la fabbricazione di array di microelettrodi Ti3C2 MXene per la registrazione neurale in vivo. Questo metodo consente la micro-patterning preciso dei film MXene mantenendo l'integrità degli elettrodi.

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Questo lavoro è stato sostenuto dai National Institutes of Health (grant no. R21-NS106434), il Citizens United for Research in Epilepsy Taking Flight Award, la Mirowski Family Foundation e Neil e Barbara Smit (F.V.); il National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (grant no. DGE-1845298 a N.D. e B.M.); l'Ufficio di ricerca dell'esercito (numero di accordo cooperativo W911NF-18-2-0026 a K.M.); e dall'esercito degli Stati Uniti tramite il Programma di Iniziativa Scientifica di Superficie presso il Edgewood Chemical Biological Center (PE 0601102A Progetto VR9 a Y.G. e K.M.). Questo lavoro è stato svolto in parte presso il Singh Center for Nanotechnology, che è supportato dal National Science Foundation National Nanotechnology Coordinated Infrastructure Program (NNCI-1542153).

Tutte le procedure in vivo sono conformi alla Guida dei National Institutes of Health (NIH) per la cura e l'uso degli animali da laboratorio e sono state approvate dall'Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) dell'Università della Pennsylvania.
1. Sintesi di Ti3C2 MXene
NOTA: le procedure di reazione descritte in questa sezione sono destinate all'uso all'interno di un cofano di fumi chimico. I passaggi di lavaggio inclusi in questa procedura sono destinati ad essere utilizzati con tubi di centrifuga bilanciati. Tutti i rifiuti prodotti sono considerati rifiuti pericolosi e devono essere scartati in modo appropriato seguendo le linee guida dell'Università.
AVVISO: L'acido idrofluorico (HF) è un acido estremamente pericoloso e altamente corrosivo. Consultare le schede tecniche di sicurezza dei materiali (MSDS) per le sostanze chimiche utilizzate per sintetizzare gli MXenes prima dell'uso e implementare e seguire le misure di sicurezza appropriate. Adeguate attrezzature protettive personali (PPE) per la manipolazione HF comprende un cappotto da laboratorio, un grembino resistente agli acidi, scarpe a punta stretta, pantaloni lunghi, occhiali, scudo integrale, guanti nitrile e guanti resistenti HF in gomma butilo o gomma neoprene.
<ol><li>Sintesi della fase MAX<ol>
<li>Sintetizzare Ti3AlC2 mediante fresatura a sfera TiC (2 m), Ti (44 m) e Al (44 m) polveri ad un rapporto molare (TiC:Ti:Al) di 2:1:1 per 18 h con palle di zirconia. Mettere le polveri in un crogiolo di allumina, riscaldare a 1.380 gradi centigradi (velocità di riscaldamento 5 gradi centigradi) e tenere per 2 h sotto l'argon. Dopo che le polveri sono state raffreddate, fresa il blocco MAX e setaccia attraverso un setaccio di 200 maglie (<74 -m di particelle). NOTA: È stato dimostrato che il precursore della fase Ti3AlC2 MAX utilizzato per sintetizzare gli MXenes ha implicazioni dirette sulle seguenti proprietà Ti3C2 MXene38. Il Ti3C2 utilizzato per fabbricare elettrodi neurali è stato inciso selettivamente da MAX preparato seguendo una procedura precedente26.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Incisione: Rimozione dello strato Al in Ti3AlC2 in una soluzione etchant acida (Figura 1A)<ol>
<li>Preparare la soluzione di incisione selettiva in un contenitore di plastica da 125 mL aggiungendo prima 12 mL di acqua deionizzata (DI H2O) seguita dall'aggiunta di 24 mL di acido cloridrico (HCl). Indossando tutto il PPE HF appropriato, aggiungere 4 mL di HF al contenitore etchant. Eseguire l'incisione selettiva aggiungendo lentamente 2 g di fase Ti3AlC2 MAX al contenitore di reazione e mescolando con una barra magnetica Teflon per 24 h a 35 gradi centigradi a 400 giri/min.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Lavaggio: Portare il materiale al pH neutro.<ol>
<li>Riempire due tubi di centrifuga da 175 mL con 100 mL di DI H2O. Dividere la miscela di reazione all'incisione in tubi di centrifugazione da 175 mL e lavare il materiale con una centricazione ripetuta a 3.500 giri/m (2.550 x g)per 5 min. Decant il supernatante acido in un contenitore di rifiuti pericolosi di plastica. Ripetere fino a raggiungere il pH 6.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Intercalazione: Inserimento di molecole tra particella MXene multistrato e interazioni anti-piano(Figura 1B)<ol>
<li>Aggiungere 2 g di cloruro di litio (LiCl) a 100 mL di DI H2O e mescolare a 200 giri/m Mescolare 100 mL di LiCl/H2O con il sedimento Ti3C2/Ti3AlC2 e mescolare la reazione per 12 h a 25 .</li>
	</ol>
</li>
	<li>Delaminazione: Esfoliazione da particella multistrato di massa in ti3C2 MXene a livello singolo (Figura 1C)<ol>
<li>Lavare la reazione di intercalazione in tubi di centrifuga 175 mL per centrifugazione a 2.550 x g per 5 min. Decant il chiaro supernatante. Ripetere fino a trovare un supernatante scuro.</li>
		<li>Continuare a centrifugare per 1 h a 2.550 x g. Decant il super-gigante diluito-verde.</li>
		<li>Disperdere il sedimento gonfio con 150 mL di DI H2O. Trasferire supernatant a 50 mL di centrifugare e centrifugare a 2.550 x g per 10 min per separare MAX rimanente (sedimento) da MXene (supernatante). NOTA: La ridispersione del sedimento diventerà difficile e richiederà agitazione o agitazione manuale.</li>
		<li>Colleziona il pcome Ti3C2 MXene. Eseguire un'ulteriore selezione delle dimensioni e l'ottimizzazione della soluzione per isolare i fiocchi da single a pochi strati raccogliendo il supernatore seguendo una fase di centrifugazione a 2.550 x g per 1 h.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Archiviazione della soluzione: creazione del pacchetto dell'inchiostro MXene per l'archiviazione a lungo termine(Figura 1D)<ol>
<li>Argon bolla le soluzioni per 30 minuti prima di imimballaggio in una fiala spaziale sigillata Argon (trasferimento tramite una siringa). Conservare le soluzioni ad alte concentrazioni (>5 mg/mL), lontano dalla luce solare e a basse temperature (5 gradi centigradi) per garantire la longevità.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Fabbricazione di Array di microelettrodi Ti3C2 MXene
NOTA: la procedura descritta in questa sezione è destinata all'uso all'interno di una struttura standard per le camere pulite universitarie, ad esempio il Singh Center for Nanotechnology dell'Università della Pennsylvania. Questa struttura, così come strutture simili, sono accessibili agli utenti esterni come parte del National Nanotechnology Infrastructure Network (NNIN) supportato dalla National Science Foundation (NSF). In queste strutture, molti degli strumenti, delle attrezzature e dei materiali descritti in questa sezione sono forniti insieme all'accesso alla struttura della camera pulita e non richiederebbero un acquisto separato.
AVVISO: Molte delle sostanze chimiche utilizzate nella fabbricazione di elettrodi MXene sono pericolose, tra cui fotoresist, sviluppatore RD6, remover PG, soluzione di incisione in alluminio e ossido tampolonato e incisione di ossido. Consultare MSDS per queste sostanze chimiche prima dell'uso e implementare e seguire le misure di sicurezza appropriate in ogni momento. Tutte le sostanze chimiche devono essere maneggiate in una cappa di fumi.
<ol><li>Depositare uno strato inferiore spesso 4 m di parylene-C su un wafer Si pulito (vedi Figura 2A).</li>
	<li>Utilizzare la prima fotomaschera (maschera-1) per definire le interconnessioni metalliche dei dispositivi, nonché un anello metallico intorno al bordo del wafer per facilitare i passaggi di decollo successivi (Figura 2B).<ol>
<li>Cappotto di rotazione NR71-3000p sul wafer a 3.000 rpm per 40 s. Cuocere il wafer su un piatto caldo per 14,5 min a 95 gradi centigradi.</li>
		<li>Caricare il wafer e mask-1 in un aligner maschera. Posizionare il wafer in modo che l'anello sulla fotomaschera si sovrapponga a tutti i bordi del wafer.</li>
		<li>Esporre con i-line (lunghezza d'onda 365 nm) ad una dose di 90 mJ/cm2. Cuocere duro il wafer su un piatto caldo per 1 min a 115 gradi centigradi.</li>
		<li>Immergere il wafer nello sviluppatore RD6 per 2 min, agitando continuamente la soluzione. Risciacquare accuratamente con DI H2O e soffiare a secco con una pistola N2.</li>
		<li>Utilizzare un evaporatore a fascio di elettroni per depositare 10 nm Ti, seguito da 100 nm Au sul wafer. NOTA: I parametri di deposizione tipici sono una pressione di base di 5 x 10-7 Torr e una velocità di 2 s/s.</li>
		<li>Immergere il wafer in remover PG per 10 min fino a quando il fotoresist si è dissolto e il metallo in eccesso si è completamente sollevato, lasciando Ti/Au solo nelle tracce di interconnessione desiderate e l'anello intorno al bordo del wafer. Una volta che il decollo appare completo, sonicare per 30 s per rimuovere eventuali tracce rimanenti di metallo indesiderato. Risciacquare il wafer prima in soluzione di rimozione pulita PG, quindi risciacquare accuratamente in DI H2O e asciugare il wafer con una pistola N2.</li>
	</ol></li>
	<li>Depositare lo strato di parilne-C sacrificale (Figura 2C).<ol>
<li>Esporre il wafer a O2 plasma per 30 s per rendere il sottostante parilne-C strato idrofilo. Spin coat 2% soluzione di pulizia (ad esempio, Micro-90) in DI H2O sul wafer a 1.000 rpm per 30 s. Lasciare asciugare il wafer ad asciugare all'aria per almeno 5 min. NOTA: La soluzione di sapone diluito agisce come un anti-adesivo, permettendo allo strato di parilne-C sacrificale di essere sbucciato più avanti nel processo.</li>
		<li>Depositare 3 m di parilinea-C sul wafer.</li>
	</ol></li>
	<li>Utilizzare la seconda fotomaschera (maschera-2) per definire i motivi MXene e un anello intorno al bordo del wafer (Figura 2D).<ol>
<li>Ripetete i passaggi da 2.2.1 a 2.2.4, questa volta usando la maschera-2 e allineando attentamente i segni di allineamento tra il wafer e la maschera fotografica prima dell'esposizione.</li>
		<li>Utilizzare O2 incisione glioni reattiva al plasma (RIE) per incidere attraverso lo strato di parilne-C sacrificale nelle aree non coperte dal fotoresist per definire gli elettrodi e le tracce MXene, che dovrebbero parzialmente sovrapporsi alle interconnessioni Ti/Au, così come l'anello intorno ai bordi del wafer. Confermare l'incisione completa dello strato parylene-C sacrificale utilizzando un profilometro per misurare il profilo tra le interconnessioni Ti/Au esposte e lo strato inferiore di pariline-C. NOTA: Una volta completata l'incisione, il profilo sulla superficie metallica esposta sarà liscio, mentre lo strato di parilne-C inferiore sarà ruvido e parzialmente inciso. Questa fase di incisione dovrebbe essere completata in un sistema RIE planare, non in un barile, e i tempi e i parametri di incisione dipenderanno fortemente dal sistema RIE.</li>
	</ol></li>
	<li>Ruotare la soluzione MXene sul wafer (Figura 2E).<ol>
<li>Pipette MXene soluzione su ciascuno dei modelli MXene desiderati, quindi girare il wafer a 1.000 rpm per 40 s. Asciugare il wafer su una piastra calda 120 C per 10 min per rimuovere l'acqua residua dalla pellicola MXene.</li>
	</ol></li>
	<li>Utilizzare un evaporatore a fascio di elettroni per depositare 50 nm SiO2 sul wafer, per agire come strato protettivo sopra i modelli Di MXene per le successive fasi di lavorazione. NOTA: I parametri di deposizione tipici sono una pressione di base di 5 x 10-7 Torr e una velocità di 2 s/s.</li>
	<li>Rimuovere il livello del parilne-C sacrificale per eseguire il modello dei livelli MXene e SiO2 (Figura 2F).<ol>
<li>Applicare una piccola goccia di DI H2O sul bordo del wafer e utilizzare una pinzetta per sbucciare lo strato di parilne-C sacrificale, iniziando dove i suoi bordi sono definiti nell'anello intorno all'esterno del wafer. NOTA: L'acqua si combinerà con i residui di sapone sotto lo strato di parilne-C sacrificale per consentire questo decollo.</li>
		<li>Risciacquare accuratamente il wafer in DI H2O per rimuovere i residui della soluzione di pulizia rimanenti. Asciugare il wafer con un cannone N2, quindi posizionare su una piastra calda a 120 gradi per 1 h per rimuovere l'acqua residua dalle pellicole MXene a motivi geometrici.</li>
	</ol></li>
	<li>Depositare lo strato superiore spesso 4 m di parilene-C (Figura 2G).</li>
	<li>Utilizzare la terza fotomaschera (maschera-3) per definire il contorno del dispositivo e le aperture sugli elettrodi e sui cuscinetti di incollaggio Au (VIA) (Figura 2H).<ol>
<li>Ripetete i passaggi da 2,2,1 a 2,2,4, questa volta usando la maschera-3 e allineando attentamente i segni di allineamento tra il wafer e la maschera fotografica prima dell'esposizione.</li>
		<li>Utilizzare un evaporatore a fascio di elettroni per depositare 100 nm Al sul wafer. NOTA: I parametri di deposizione tipici sono una pressione di base di 5 x 10-7 Torr e una velocità di 2 s/s.</li>
		<li>Immergere il wafer in remover PG per 10 min fino a quando il metallo si è completamente sollevato, lasciando Al coprendo i dispositivi con aperture per gli elettrodi e le pastiglie di incollaggio. Quando il decollo è completo, sonicare per 30 s per rimuovere eventuali tracce rimanenti di metallo indesiderato. Risciacquare il wafer prima in soluzione di rimozione pulita PG, quindi risciacquare accuratamente in DI H2O e asciugare il wafer con una pistola N2.</li>
	</ol></li>
	<li>Incidere il parylene-C per delineare il contorno del dispositivo e le aperture sopra gli elettrodi e Au bonding pad (VIA) (Figura 2I). Utilizzare O2 plasma RIE per incidere attraverso gli strati parilina-C che circondano i dispositivi, e attraverso lo strato di parylene-C superiore che copre sia i contatti degli elettrodi MXene e le pastiglie di incollaggio Au. NOTA: l'incisione è completa quando sul wafer tra i dispositivi non rimane alcun residuo di parylene-C. Lo strato SiO2 che copre il MXene fungerà da strato di etch-stop, impedendo al plasma O2 di incidere o danneggiare i contatti degli elettrodi MXene.</li>
	<li>Incidere lo strato Al che copre i dispositivi utilizzando un'incisione chimica bagnata in Al etchant tipo A a 50 gradi centigradi sia per 10 min, o per 1 min passato quando tutte le tracce visive di Al sono scomparse, a seconda di quale viene prima. Incidere il SiO2 che copre gli elettrodi MXene utilizzando un'incisione chimica bagnata in 6:1 ossido tamponato etchant (BOE) per 30 s (Figura 2J). NOTA: gli array di microelettrodi MXene sono ora completi.</li>
	<li>Rilasciare i dispositivi dal wafer del substrato Si posizionando una piccolagocciadi DI H2O sul bordo di un dispositivo e sbucciando delicatamente il dispositivo come l'acqua è malvagia sotto di esso da azione capillare ( Figura 2K e Figura 3).</li>
</ol>3. Costruzione e interfacciamento dell'adattatore
NOTA: A questo punto, gli array di microelettrodi a film sottile devono essere interfacciati con un adattatore per connettersi al sistema di registrazione elettrofisiologico. Il controller di stimolazione/registrazione 128ch con la testata stim/record RHS2000 a 16-ch (Tabella dei materiali) utilizzata in questo protocollo richiede l'input tramite un connettore compatibile con il connettore a 18 pin A79039-001. In questa sezione viene utilizzata una scheda a circuito stampato (PCB, Figura 4A) con un connettore a forza di inserimento zero per l'interfacciamento con i cuscinetti di incollaggio Au sull'array di microelettrodi e il connettore A79040-001 per l'interfacciamento con la fase di registrazione del sistema di registrazione. A seconda del sistema di acquisizione dei dati, è possibile utilizzare diversi connettori sul PCB per consentire l'interfacciamento con il headstage elettrofisiologia.
<ol><li>Solder the Omnetics and sIF connectors to the PCB by applying a thin a thin a thin a bit of solder paste to each of the contact pads on the PCB, placing the parts in their appropriate locations, and heating on a hot plate until the saldando reflows to form connections (Figure 4B). NOTA: la saldatura di riflusso può essere eseguita molto facilmente su una piastra calda o in un forno tostapane e non richiede l'uso di un forno di riflusso costoso.</li>
	<li>Applicare due strati di nastro di poliimide (Table of Materials) sul lato posteriore della regione Au bonding pad dell'array di microelettrodi MXene per dare al dispositivo uno spessore sufficiente per essere fissato nel connettore .IF. Dopo aver applicato il nastro, tagliare l'eccesso oltre i bordi del dispositivo parylene-C utilizzando una lama di rasoio o forbici di precisione (Figura 4C).</li>
	<li>In un ambito di ispezione o utilizzando le lente di ingrandimento, allineare l'array di microelettrodi MXene nel connettore .IF in modo che le pastiglie di incollaggio Au si allineino ai perni all'interno del connettore , quindi chiudano lo zIF per formare una connessione sicura (Figura 4D,E). NOTA: Il connettore di accesso a 18 canali è un connettore a 18 canali, mentre il dispositivo utilizzato qui ha 16 canali. I canali extra non contattati sono facilmente identificabili come un circuito aperto impedindo test durante le sessioni di registrazione.</li>
	<li>Testare l'impementazione elettrochimica degli elettrodi MXene utilizzando un potentiostat per garantire la fabbricazione e la connessione corretta all'adattatore PCB. NOTA: nella sezione discussione vengono forniti valori ragionevoli per facilitare la risoluzione dei problemi.</li>
</ol>4. Impianto acuto e registrazione neurale
NOTA: Gli interventi chirurgici sui ratti Maschi Adulti Sprague Dawley vengono eseguiti utilizzando strumenti sterili e con tecnica asettica. La frequenza respiratoria, il riflesso palpebrale e il riflesso del pizzico del pedale vengono controllati ogni 10 min per monitorare la profondità dell'anestesia. La temperatura corporea viene mantenuta con una piastra di riscaldamento.
<ol><li>Somministrare l'analgesia preventiva (iniezione sottocutanea di rilascio sostenuto di buprenorphine [SR], 1,2 mg/kg).</li>
	<li>Somministrare l'anestesia (iniezione intraperitoneale di una miscela di 60 mg/kg di ketamina e 0,25 mg/kg dexmedetomidina).</li>
	<li>Confermare il giusto livello di anestesia ogni 10 min durante l'esperimento controllando l'assenza di riflessi di pizzico e pizzico del pedale.</li>
	<li>Ratto sicuro nel telaio stereotassico, applicare lubrificante oculare agli occhi, e pulire il cuoio capelluto rasato con 10% povidone-iodio.</li>
	<li>Esporre la calvaria con singola incisione del cuoio capelluto della linea mediana e dissezione smussata del tessuto sottostante.</li>
	<li>Mettere una vite 00-90 nel cranio per servire come terreno per le registrazioni.</li>
	<li>Utilizzando un trapano dentale con una piccola bava, fare una craniotomia al sito di registrazione corticale desiderato.</li>
	<li>Fissare il connettore dell'array a un manipolatore stereotassico e posizionare il dispositivo sopra la craniotomia. Abbassare delicatamente fino a quando l'intera matrice è in contatto con la corteccia esposta.</li>
	<li>Avvolgere il filo di terra intorno alla vite del cranio.</li>
	<li>Collegare la fase headstage del sistema di registrazione all'array e iniziare a registrare attività spontanea.</li>
</ol>

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<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>
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</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

La procedura di sintesi e delaminazione MXene descritta in questo protocollo (HF/HCl/LiCl) è stata costruita dall'approccio di incisione MILD che impiegava un mezzo di incisione LiF/HCl (in situ HF)26. L'approccio MILD permette di devastare spontaneamente grandifiocchi di Ti3C (diversi m di dimensione laterale) durante il lavaggio, una volta raggiunto il pH 5/6. Rispetto all'incisione con la sola HF, questo si traduce in materiale con una qualità superiore e migliori propriet...

Comprendere i meccanismi fondamentali alla base dei circuiti neurali e come le loro dinamiche sono alterate in malattie o lesioni, è un obiettivo fondamentale per sviluppare terapie efficaci per una vasta gamma di disturbi neurologici e neuromuscolari. Le tecnologie dei microelettrodi sono state ampiamente utilizzate per chiarire le dinamiche neurali su scale spaziali e temporali fini. Tuttavia, l'ottenimento di registrazioni stabili con elevato rapporto segnale-rumore (SNR) da elettrodi su microscala si è dimostrato particolarmente impegnativo. Poiché le dimensioni degli elettrodi sono ridotte per avvicinarsi alla scala cellulare, un corrispondente aumento degli elettrodi impedidegrada la qualità del segnale1. Inoltre, numerosi studi hanno dimostrato che gli elettrodi rigidi composti da materiali elettronici convenzionali di silicio e metallici producono danni significativi e infiammazione nel tessuto neurale, che limita la loro utilità per la registrazione a lungo termine2,3,4,5. Alla luce di questi fatti, c'è stato un notevole interesse nello sviluppo di microelettrodi con nuovi materiali che possono ridurre l'impedimento dell'interfaccia elettrode e possono essere incorporati in fattori di forma morbidi e flessibili.
Un metodo comunemente usato per ridurre l'impedimento dell'interfaccia del tessuto elettrodo è aumentare l'area su cui le specie ioniche nel fluido extracellulare possono interagire con l'elettrodo, o la "superficie effettiva" dell'elettrodo. Ciò può essere ottenuto attraverso la nanodorazione6, sgrossatura della superficie7, o elettroplastica con additivi porosi8,9. I nanomateriali hanno guadagnato un'attenzione significativa in questo campo perché offrono superfici specifiche intrinsecamente elevate e combinazioni uniche di proprietà elettriche e meccaniche favorevoli10. Ad esempio, i nanotubi di carbonio sono stati utilizzati come rivestimento per ridurre significativamente l'impedimento degli elettrodi11,12,13, l'ossido di grafene è stato trasformato in elettrodi morbidi e flessibili a sonda free-standing14, e il grafene poroso laser-pirolizzato è stato utilizzato per elettrodi flessibili e a basso impatto microbico (micro-ECoG)15. Nonostante la loro promessa, la mancanza di metodi di assemblaggio scalabili ha limitato l'adozione diffusa di nanomateriali per elettrodi di interfacciatura neurale. I nanomateriali a base di carbonio, in particolare, sono tipicamente idrofobici, e quindi richiedono l'uso di surfactants16, superacidi17, o la funzionalizzazione della superficie18 per formare acquisive dispersioni per metodi di lavorazione della soluzione, mentre metodi alternativi di fabbricazione, come la deposizione di vapore chimico (CVD), in genere richiedono alte temperature che sono incompatibili con molti substrati polimerici19,20,21 ,22.
Recentemente, è stata descritta una classe di nanomateriali bidimensionali (2D), noti come MXenes, che offre un'eccezionale combinazione di alta conduttività, flessibilità, capacità volumetrica e idrofilia intrinseca, il che li rende una classe promettente di nanomateriali per elettrodi di interfacciatura neurale23. Gli MXenes sono una famiglia di carburi metallici di transizione 2D e nitrati che sono più comunemente prodotti incidendo selettivamente l'elemento A da precursori stratificati. Queste sono tipicamente fasi MAX con la formula generale Mn, 1AXn, dove M è un metallo di transizione precoce, A è un elemento del gruppo 12-16 della tabella periodica, X è carbonio e/o azoto e n - 1, 2 o 324. I fiocchi bidimensionali di MXene hanno gruppi funzionali che terminano la superficie che possono includere idrossile (OH), ossigeno o fluoro. Questi gruppi funzionali rendono MXenes intrinsecamente idrofila e consentono la modifica o la funzionalizzazione flessibile della superficie. Della grande classe di MXenes, Ti3C2 è stato il più ampiamente studiato e caratterizzato25,26,27. Ti3C2 mostra capacità volumetrici notevolmente più elevata (1.500 F/cm3)28 rispetto al grafene attivato (-60-100 F/cm3)29, carbonio derivato da carbide (180 F/cm3)30e pellicole di gel di grafene (260 F/cm3)31. Inoltre, Ti3C2 mostra un'elevata conduttività elettronica (10.000 S/cm)32, e la sua biocompatibilità è stata dimostrata in diversi studi33,34,35,36. L'elevata capacità volumetrica dei film Ti3C2 è vantaggiosa per le applicazioni di rilevamento e stimolazione biologica, perché gli elettrodi che presentano un trasferimento di carica capacitivo possono evitare reazioni di idrolisi potenzialmente dannose.
Il nostro gruppo ha recentemente dimostrato array di microelettrodi Ti3C2 flessibili e a film sottile, preparati utilizzando metodi di elaborazione delle soluzioni, in grado di registrare sia microelettrografia (microelettrocografica) che attività intracorticale di chiodare neuronale in vivo con alta SNR36. Questi elettrodi MXene hanno mostrato un'impedibilità significativamente ridotta rispetto agli elettrodi in oro abbinato alle dimensioni (Au), che possono essere attribuiti all'elevata conduttività di MXene e all'alta superficie degli elettrodi. In questo protocollo, descriviamo i passaggi chiave per la fabbricazione di array di microelettrodi planari di Ti3C2 MXene su substrati parilini-C flessibili e loro utilizzandoli in vivo per la registrazione intraoperatoria micro-ECoG. Questo metodo sfrutta la natura idrofila di MXene, che rende possibile l'uso di metodi di lavorazione della soluzione che sono semplici e scalabili senza richiedere l'uso di surfactants o superacidi per ottenere sospensioni acquose stabili. Questa facilità di processo può consentire una produzione conveniente di biosensori MXene su scala industriale, che è stata una grave limitazione all'adozione diffusa di dispositivi basati su altri nanomateriali di carbonio. L'innovazione chiave nella fabbricazione degli elettrodi sta nell'uso di uno strato polimerico sacrificale per micromodello il MXene dopo il rivestimento a rotazione, un metodo adattato dalla letteratura sul poli trasformato in soluzione (3,4-ethylenedioxythiophene):poly (s tyrene sulfominato) microelettrodi37, ma che non era stato precedentemente descritto per il modello MXene. Le eccezionali proprietà elettriche di Ti3C2,unite alla sua lavorabilità e alla morfologia 2D lo rendono un materiale molto promettente per le interfacce neurali. In particolare, Ti3C2 offre un percorso per superare il fondamentale compromesso tra l'area geometrica degli elettrodi e l'impedimento dell'interfaccia elettrochimica, un fattore limitante primario per le prestazioni degli elettrodi in microscala. Inoltre, la procedura di fabbricazione descritta in questo protocollo può essere adattata per produrre array di elettrodi MXene di diverse dimensioni e geometrie per diversi paradigmi di registrazione e può anche essere facilmente adattata per incorporare altri inchiostri conduttivi oltre a MXene.

<table><tbody><tr><td>00-90 vite</td><td>McMaster-Carr</td><td>90910A630</td><td>Vite del cranio attorno alla quale è avvolto il filo di terra</td></tr><tr><td>Controller di stimolazione/registrazione a 128 canali</td><td>Intan Technologies</td><td></td><td>Un componente del sistema di registrazione neurale.</td></tr><tr><td>Provette da centrifuga coniche in polipropilene (PP) da 175 mL</td><td>Falcon</td><td>REF: 352076</td><td>Utilizzato per il lavaggio</td></tr><tr><td>di connettori ZIF a 18 posizioni con passo da 0,5 mm</td><td>Molex</td><td>505110-1892</td><td>Utilizzato per interfacciare l'array flessibile di microelettrodi in parylene con la scheda adattatore PCB.</td></tr><tr><td>Connettore nanominiaturizzato maschio a doppia fila a 18 posizioni (.025"/.64mm)</td><td>Omnetics Connector Corporation</td><td>A79008-001</td><td>Utilizzato per interfacciare la scheda adattatore PCB all'headstage di registrazione.</td></tr><tr><td>Set di plastica monouso da 3 ml Pipette graduate per il trasferimento Rienar</td><td></td><td>Rienar-3ML-20PCS</td><td>Utilizzato per il trasferimento di soluzioni mordenzanti o MXene</td></tr><tr><td>50 ml di provetta da centrifuga conciale in polipropilene (PP)</td><td>Falcon</td><td>REF: 352070</td><td>Utilizzato per il lavaggio e la selezione delle dimensioni</td></tr><tr><td>Mordenzante Al Tipo A</td><td>Transene</td><td>060-0026000-QT</td><td>Per la rimozione dello strato di maschera Al etch dopo l'incisione finale Parylene-C.</td></tr><tr><td>Polvere di alluminio, -325 mesh, 99,5% (base metallica), granulometria < 44 & micro; m</td><td>Alfa Aesar</td><td>CAS: 7429-90-5</td><td>Utilizzato per la sintesi MAX</td></tr><tr><td>Software AutoCAD</td><td>Autodesk Inc.</td><td></td><td>Software di progettazione per il disegno di fotomaschere. Le alternative gratuite includono DraftSight e LayoutEditor.</td></tr><tr><td>Mordenzante all'ossido tamponato 6:1</td><td>JT Baker</td><td>1178-03</td><td>Per la rimozione dello strato di SiO2 per esporre i contatti dell'elettrodo MXene alla fine della procedura di fabbricazione.</td></tr><tr><td>Buprenorfina SR</td><td>Wildlife Pharmaceuticals</td><td></td><td>Analgesia per la chirurgia dei ratti</td></tr><tr><td>Centrifuga</td><td>Hermle</td><td>Benchmark Z 446</td><td>Utilizzato per il lavaggio e la selezione delle dimensioni</td></tr><tr><td>Dexdomitor</td><td>Midwest Veterinary Supply</td><td>193.13250.3</td><td>Anestesia per la chirurgia dei ratti</td></tr><tr><td>Fresa per trapano</td><td>Strumenti di scienza fine</td><td>19007-07</td><td>Frese per trapano</td></tr><tr><td>Trapano elettrico</td><td>Foredom</td><td>K.1070</td><td>Trapano a micromotore per craniotomie</td></tr><tr><td>Evaporatore a fascio di elettroni</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td></td><td>Utilizzato per evaporare Ti, Au e SiO2 durante la fabbricazione. La maggior parte delle camere bianche universitarie dispone di questo strumento o di uno strumento simile.</td></tr><tr><td>Filo di terra</td><td>A-M Systems</td><td>781500</td><td>Filo d'argento nudo</td></tr><tr><td>Spazio di testa Fiala, vetro</td><td>Supelco</td><td>REF: 27298</td><td>Utilizzato per la conservazione di soluzioni MXene</td></tr><tr><td>Acido cloridrico (12.1N)</td><td>Fisher Scientific</td><td>CAS: 7647-01-0</td><td>Corrosivo; materiale mordenzante</td></tr><tr><td>Acido fluoridrico, (soluzione al 48-51% in H2O)</td><td>Acros</td><td>CAS: 7664-39-3</td><td>Materiale mordenzante</td></tr><tr><td>Jupiter II Sistema RIE</td><td>March Plasma Systems Inc.</td><td></td><td>Sistema di incisione planare RIE utilizzato per incidere il Parylene-C utilizzando plasma O2. La maggior parte delle camere bianche universitarie dispone di un sistema di incisione RIE planare comparabile.</td></tr><tr><td>Nastro in poliimmide standard Kapton, 1/4"</td><td>DuPont</td><td></td><td>Utilizzato per aggiungere spessore alla regione del tampone di incollaggio Au dell'array flessibile di microelettrodi in parylene per l'inserimento nel connettore ZIF.</td></tr><tr><td>Ospedale per ketamina</td><td>dell'Univ. di Penn.</td><td></td><td>Anestesia per chirurgia dei ratti</td></tr><tr><td>KLA P-7 Stilo Profilometro</td><td>KLA Corporation</td><td></td><td>Ha utilizzato i profili 2D di misurazione per confermare l'incisione completa attraverso lo strato sacrificale di parylene-C nel passaggio 2.4.2. La maggior parte delle camere bianche universitarie dispone di questo strumento di profilometro a stilo o di uno strumento comparabile.</td></tr><tr><td>Cloruro di litio, 99% per analisi, anidro</td><td>Acros</td><td>CAS: 7447-41-8</td><td>Igroscopico; materiale di delaminazione</td></tr><tr><td>Allineatore maschera MA6</td><td>Karl Suss Microtec AG</td><td></td><td>Utilizzato per allineare ogni fotomaschera al modello sul wafer ed esporre il wafer ai raggi UV. La maggior parte delle camere bianche universitarie dispone di questo strumento o di uno strumento simile.</td></tr><tr><td>Soluzione detergente Micro-90</td><td>International Products Corporation</td><td>M-9050-12</td><td>Utilizzato come strato antiadesivo per consentire la rimozione dello strato sacrificale di Parylene-C per modellare il fotoresist MXene</td></tr><tr><td>NR71-3000p</td><td>Futurrex Inc.</td><td>NR71-3000p</td><td>Fotoresist negativo utilizzato per definire tracce Ti/Au e pattern MXene nei dispositivi.</td></tr><tr><td>Unguento oftalmico</td><td>Midwest Veterinary Supply</td><td>193.63200.3</td><td>Per prevenire l'essiccazione corneale durante l'intervento chirurgico</td></tr><tr><td>Sistema di deposizione di parylene</td><td>Sistemi di rivestimento</td><td></td> speciali <td>Utilizzato per evaporare sottili film conformi di Parylene-C Sistema di</td></tr><tr><td>rivestimento speciale</td> per<td>dimero Parylene-C</td><td>980130-c-01lbe</td><td>Polimero flessibile utilizzato come strati di passivazione inferiore e superiore per i dispositivi</td></tr> <tr><td>MXene flessibili</td><td></td><td></td> Le <td>nostre fotomaschere sono state prodotte nella camera bianca dell'Università utilizzando un sistema di scrittura laser Heidelberg DWL66+, tuttavia diversi fornitori producono fotomaschere dai file di progettazione forniti.</td></tr><tr><td>Soluzione di iodio povidone</td><td>Medline</td><td>MDS093901</td><td>Per aiutare a prevenire l'infezione intorno all'incisione del cuoio capelluto</td></tr><tr><td>Circuito stampato (PCB)</td><td>Circuiti</td><td></td> avanzati <td>Utilizzato per interfacciarsi tra l'array di elettrodi MXene e l'elettronica di misurazione come il potenziostato e il sistema di registrazione Intan. Advanced Circuits e altri fornitori producono e assemblano PCB in base ai file di progettazione forniti.</td></tr><tr><td>RD6 Sviluppatore</td><td>Futurrex Inc.</td><td>Sviluppatore RD6</td><td>Utilizzato per sviluppare il fotoresist negativo NR71-3000p dopo l'esposizione ai raggi UV</td></tr><tr><td>Potenziostato di riferimento 600</td><td>Strumenti Gamry Utilizzato</td><td></td><td>per misurare l'impedenza degli elettrodi per valutare la qualità dei dispositivi</td></tr><tr><td>Remover PG</td><td>MicroChem Corp.</td><td>G050200</td><td>Utilizzato per rimuovere NR71-3000p dopo la deposizione di metallo per eseguire il patterning di sollevamento</td></tr><tr><td>RHS2000 cavo di interfaccia Stim SPI</td><td>Intan Technologies</td><td></td><td>Un componente del sistema di registrazione neurale.</td></tr><tr><td>Scheda amplificatore RHS2116</td><td>Intan Technologies</td><td></td><td>Un componente del sistema di registrazione neurale.</td></tr><tr><td>Si wafer</td><td>Wafer World</td><td>2885</td><td>Substrato per la fabbricazione</td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>Attrezzatura</td><td></td> economica <td>Per il rivestimento di wafer con resist e l'applicazione degli strati Micro-90 e MXene. La maggior parte delle camere bianche universitarie è dotata di centrifughe.</td></tr><tr><td>Telaio stereotassico</td><td>Kopf Instruments</td><td>Modello 902</td><td>Per il posizionamento del ratto per la neurochirurgia</td></tr><tr><td>Agitatore magnetico rivestito in teflon</td><td>Corning</td><td>REF: 1233W95</td><td>Utilizzato per agitare durante l'incisione e l'intercalazione</td></tr><tr><td>Carburo di titanio, 99,5% (base metallica), dimensione delle particelle ~2 &; m</td><td>Alfa Aesar</td><td>CAS: 12070-08-5</td><td>Utilizzato per la sintesi MAX</td></tr><tr><td>Polvere di titanio, -325 mesh, 99% (base metallica), dimensione delle particelle < 44&micro; m</td><td>Alfa Aesar</td><td>CAS: 7440-32-6</td><td>Utilizzato per la sintesi MAX</td></tr><tr><td>Sonicatore a bagno ad ultrasuoni</td><td>Reynolds Tech</td><td></td><td>Per la rimozione di particelle metalliche e fotoresist durante i processi di sollevamento per modellare i metalli.</td></tr><tr><td>Spettrofotometro UV vis</td><td>ThermoScientific</td><td>Evolution 201</td><td>Utilizzato per determinare la concentrazione e osservare il picco di assorbimento</td></tr><tr><td>Zetasizer, Analisi granulometrica</td><td>Malvern Panalytical</td><td>Nano ZS</td><td>Utilizzato per determinare la distribuzione granulometrica laterale delle particelle</td></tr></tbody></table>

fabbricazione di array di microelettrodi ti3c2 mxene per la registrazione neurale in vivo

Fabrication of Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays for In Vivo Neural Recording

Le tecnologie impiantabili di microelettrodi sono state ampiamente utilizzate per chiarire le dinamiche neurali su microscala per ottenere una comprensione più profonda delle basi neurali delle malattie cerebrali e delle lesioni. Poiché gli elettrodi sono miniaturizzati alla scala delle singole cellule, un corrispondente aumento dell'impedimento dell'interfaccia limita la qualità dei segnali registrati. Inoltre, i materiali convenzionali degli elettrodi sono rigidi, con conseguente significativa disallineamento meccanico tra l'elettrodo e il tessuto cerebrale circostante, che suscita una risposta infiammatoria che alla fine porta a una degradazione delle prestazioni del dispositivo. Per affrontare queste sfide, abbiamo sviluppato un processo per fabbricare microelettrodi flessibili basato su Ti3C2 MXene, un nanomateriale recentemente scoperto che possiede capacità volumetriche, conduttività elettrica, funzionalità superficiali e di processabilità notevolmente elevate. Gli array flessibili di microelettrodi Ti3C2 MXene hanno un notevole basso impedimento dovuto all'elevata conduttività e all'elevata superficie specifica delle pellicole Ti3C2 MXene, e hanno dimostrato di essere squisitamente sensibili per la registrazione dell'attività neuronale. In questo protocollo, descriviamo un nuovo metodo per micropatterning Ti3C2 MXene in array di microelettrodi su substrati polimerici flessibili e ne delineamo l'uso per la registrazione in vivo di microelettroblugrafia. Questo metodo può essere facilmente esteso per creare array di elettrodi MXene di dimensioni arbitrarie o geometria per una serie di altre applicazioni in bioelettronica e può anche essere adattato per l'uso con altri inchiostri conduttivi oltre a Ti3C2 MXene. Questo protocollo consente una fabbricazione semplice e scalabile di microelettrodi da inchiostri conduttivi basati su soluzione, e in particolare permette di sfruttare le proprietà uniche dell'idrofilo Ti3C2 MXene per superare molte delle barriere che hanno a lungo ostacolato la diffusa adozione di nanomateriali a base di carbonio per microelettrodi neurali ad alta fedeltà.

I dati di esempio micro-ECoG registrati su una matrice di microelettrodi MXene sono illustrati nella Figura 5. Dopo l'applicazione dell'array di elettrodi sulla corteccia, chiari segnali fisiologici sono stati immediatamente evidenti sugli elettrodi di registrazione, con circa 1 mV segnali di ampiezza ECoG che appaiono su tutti gli elettrodi MXene. Gli spettri di potenza di questi segnali confermarono la presenza di due ritmi cerebrali comunemente osservati nei ratti sotto anestesia ketamina...

Descriviamo qui un metodo per fabbricare array di microelettrodi Ti3C2 MXene e utilizzarli per la registrazione neurale in vivo.

Fabbricazione di array di microelettrodi Ti3C2 MXene per la registrazione neurale In Vivo

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

Questo protocollo di sintesi produce inchiostro MXene di alta qualità con una conduttività metallica che raggiunge oltre 10.000 Siemens per centimetro. Il vantaggio principale di questa tecnica è che consente il micro-patterning preciso delle pellicole MXene senza danneggiare il film o lasciare residui dannosi sugli elettrodi. Per preparare un inchiostro in carburo di titanio, aggiungere lentamente due grammi di carburo di alluminio di titanio precursore di un contenitore di reazione da 125 millilitri contenente soluzione di incisione selettiva e mescolare la soluzione con una barra magnetica in teflon per 24 ore a 35 gradi Celsius a 400 rotazioni al minuto.Al termine dell'incubazione, aggiungere 50 millilitri di acqua deionizzata a due tubi di centrifuga da 175 millilitri, dividere equamente la miscela di reazione di incisione tra i tubi e riempire fino al segno di 150 millilitri. Lavare il materiale mediante centrifugazione ripetuta, decantando il supernatante acido in un contenitore di rifiuti pericolosi di plastica e aggiungendo acqua dolce ai tubi tra le fasi di centrifugazione fino a quando il pH della soluzione supernatante raggiunge il pH sei. Affinché l'intercalazione delle molecole tra particelle MXene multistrato si indebolisca dalle interazioni fuori piano, aggiungere due grammi di cloruro di litio a 100 millilitri di acqua deionizzata e mescolare la soluzione a 200 rotazioni al minuto.Quando il cloruro di litio si è sciolto, mescolare 100 millilitri della soluzione di cloruro di litio con il sedimento in carburo di titanio in carburo di titanio in alluminio. Trasferire la soluzione nel contenitore di plastica da 125 millilitri e mescolare la reazione per 12 ore a 25 gradi Celsius e 200 rotazioni al minuto. Per la delaminazione dalla particella multistrato sfusa in carburo di titanio MXene a strato singolo a pochi strati, lavare la soluzione di intercalazione con centrifugazioni multiple, decantando il supernatante chiaro fino a quando non si osserva un supernatante scuro.Quindi centrifugare il supernatante scuro per un'ora prima di decantare il supernatante verde diluito. Ridisperare il sedimento gonfio con 150 millilitri di acqua deionizzata e dividere equamente la soluzione in tre tubi di centrifuga da 50 millilitri. Centrifugare i campioni per separare il sedimento MXene rimanente dal supernatante MXene e mettere in comune i supernatanti in un unico contenitore.Quindi centrifugare la soluzione per un'ora aggiuntiva per un'ulteriore selezione delle dimensioni e l'ottimizzazione della soluzione per isolare da uno a pochi fiocchi di strato. Per la fabbricazione di array di microelettrodi in carburo di titanio, depositare uno strato inferiore di Parylene-C spesso quattro micrometri su un wafer di silicio pulito. Per utilizzare la fotolitografia per definire i motivi metallici sul wafer, spin coat photoresist sul wafer a 3.000 rotazioni al minuto per 40 secondi prima di cuocere morbido il wafer su una piastra calda per 14,5 minuti a 95 gradi Celsius.Quindi, caricare il wafer e mascherarne uno in un allineatore maschera con il wafer posizionato in modo che l'anello sulla maschera fotografica si sovrapponga a tutti i bordi del wafer. Esporre il wafer con lunghezze d'onda di 365 nanometri della linea oculare a una dose quadrata di 90 millijoule per centimetro e cuocere duramente il wafer su una piastra calda per un minuto a 115 gradi Celsius. Alla fine della cottura dura, immergere il wafer nello sviluppatore RD6 per due minuti con agitazione continua prima di risciacquare accuratamente con acqua deionizzata e asciugare con un cannone azotati.Usa un evaporatore a fascio di elettroni per depositare 10 nanometri di titanio seguito da 100 nanometri d'oro sul wafer. Quindi immergere il wafer nella spogliarellista solvente per circa 10 minuti fino a quando il fotoresist non si è sciolto e il metallo in eccesso si è completamente sollevato. Una volta completato il decollo, sonicare il wafer per 30 secondi per rimuovere eventuali tracce rimanenti di metallo indesiderato e risciacquare il wafer con spogliarellista solvente fresco e acqua deionizzata prima di asciugarsi con un cannone azotati.Al termine del processo di decollo, l'oro sarà visibile nelle tracce di interconnessione desiderate e nell'anello intorno al bordo del wafer. Per la deposizione dello strato sacrificale Parylene-C, esporre prima il wafer al plasma di ossigeno per 30 secondi per rendere idrofilo lo strato Parylene-C sottostante prima che il rivestimento di spin diluisca la soluzione di pulizia sul wafer a 1.000 rotazioni al minuto per 30 secondi. Lasciare asciugare il wafer per almeno cinque minuti prima di depositare tre micrometri di Parylene-C sul wafer come dimostrato.Dopo un secondo ciclo di fotolitografia usando la maschera due, utilizzare l'incisione ionica reattiva al plasma di ossigeno per incidere attraverso lo strato sacrificale di Parylene-C nelle aree non coperte dal fotoresist per definire gli elettrodi e le tracce di MXene. L'incisione dovrebbe parzialmente sovrapporsi alle interconnessioni in oro titanio e all'anello intorno ai bordi del wafer. Quindi utilizzare un profilometro per misurare il profilo tra le interconnessioni in titanio e oro esposte e lo strato inferiore Parylene-C per confermare un'incisione completa dello strato sacrificale di Parylene-C.Per ruotare la soluzione MXene sul wafer, distribuire prima la soluzione su ciascuno dei motivi MXene desiderati prima di ruotare il wafer a 1.000 rotazioni al minuto per 40 secondi. Asciugare il wafer su una piastra calda di 120 gradi Celsius per 10 minuti per rimuovere l'acqua residua dal film di MXene, quindi utilizzare un evaporatore a fascio di elettroni per depositare uno strato protetto di biossido di silicio di 50 nanometri sul wafer. Per rimuovere lo strato sacrificale di Parylene-C, posizionare una piccola goccia di acqua deionizzata sul bordo del wafer e utilizzare una pinzetta per sbucciare lo strato sacrificale parylene-C partendo da dove i bordi dello strato sono definiti nell'anello intorno all'esterno del wafer.Successivamente, sciacquare accuratamente il wafer con acqua fresca deionizzata per rimuovere eventuali residui della soluzione detergente rimanenti e asciugare il wafer con una pistola azotati. Posizionare il wafer essiccato su una piastra calda di 120 gradi Celsius per un'ora per rimuovere l'acqua residua dalle pellicole MXene modellate prima di depositare uno strato di Parylene-C spesso quattro micrometri sul wafer come dimostrato. Dopo aver eseguito un altro ciclo di fotolitografia con maschera tre, utilizzare un evaporatore a fascio di elettroni per depositare alluminio di 100 nanometri sul wafer e immergere il wafer in spogliarellista solvente per 10 minuti fino a quando il metallo non si è completamente sollevato dal wafer.Dopo la sonicazione, il risciacquo e l'asciugatura come dimostrato, si può osservare l'alluminio che copre i dispositivi con aperture per gli elettrodi e le pastiglie di incollaggio. Utilizzare l'incisione ionico reattiva al plasma di ossigeno per incidere attraverso gli strati Parylene-C che circondano i dispositivi e attraverso lo strato superiore Parylene-C che copre sia i contatti dell'elettrodo MXene che i cuscinetti di incollaggio in oro. Quando nessun residuo di Parylene-C rimane sul wafer tra i dispositivi, utilizzare un'incisione chimica umida nell'incisione in alluminio di tipo A a 50 gradi Celsius per 10 minuti o fino a quando non passa un minuto quando tutte le tracce visive dell'alluminio sono scomparse.Per incidere l'ossido di silicio che copre gli elettrodi MXene, utilizzare un'incisione chimica umida in ossido tamponato da sei a uno per 30 secondi. Quindi posizionare una piccola goccia di acqua deionizzata alla fine del dispositivo. Sbucciare delicatamente il dispositivo poiché l'acqua è malvagia sotto il dispositivo per azione capillare per rilasciare il dispositivo dal wafer del substrato di silicio.Qui vengono mostrati i dati di microelettrografia del campione registrati su un array di microelettrodi MXene. Gli stati down corticali putativi sono basati sul trogolo dell'oscillazione lenta a uno o due hertz. In seguito all'applicazione dell'array di elettrodi sulla corteccia, chiari segnali fisiologici sono stati immediatamente evidenti sugli elettrodi di registrazione con circa un segnale di elettrocorticografia ad ampiezza millivolt che appare su tutti gli elettrodi MXene.Gli spettri di potenza di questi segnali hanno confermato la presenza di due ritmi cerebrali comunemente osservati nei ratti sotto anestesia da chetamina dexmedetomidina, oscillazioni lente da uno a due hertz e oscillazioni gamma a 40-70 hertz. Inoltre, è stata osservata un'attenuazione della potenza a banda larga durante lo stato DOWN dell'oscillazione lenta e una banda beta selettiva da 15 a 30 hertz e un'amplificazione di potenza della banda gamma da 40 a 120 hertz durante lo stato UP della lenta oscillazione. L'ottimizzazione del metodo di sintesi ha permesso l'espansione dell'uso di MXenes in altre applicazioni come nei dispositivi optoelettronici, tessuti intelligenti e altro ancora.Questa procedura prevede l'uso di sostanze chimiche pericolose tra cui acido fluoridrico, incisore di alluminio e sviluppatore fotoresist. Assicurarsi di utilizzare sempre i DPI appropriati quando si maneggiano queste sostanze chimiche.

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In questo protocollo dimostriamo come fabbricare e tetrodi condizione per l'utilizzo con un micro-drive array, che è stato progettato per registrazioni elettrofisiologiche cronica nei ratti. Inoltre, illustrare le fasi finali della costruzione di micro-drive array, che include l'installazione di cavi di terra e un cono protettivo.

Micro-drive array per la cronica In vivo</emRegistrazione>: tetrodo Assemblea

La progettazione e l'assemblaggio di microdrive per registrazioni elettrofisiologiche in vivo di segnali cerebrali dal mouse è descritto. Allegando fasci microelettrodi a vettori guidabili robuste, queste tecniche consentono registrazioni neuronali a lungo termine e stabile. Il design leggero permette illimitato prestazioni comportamentali da parte dell'animale dopo l'impianto in auto.

Costruzione di matrici Microdrive per cronici Recordings neurali in topi Comportarsi Awake

Abbiamo progettato una procedura in cui viene utilizzato un cadavere umano formaldeide-fisso per assistere i neurochirurghi in formazione per l'impianto di microelettrodi nella neocorteccia del cervello umano.

Training chirurgico per l'impianto di microelettrodi Neocortical utilizzando un modello di cadavere umano formaldeide-fisso

Di seguito è descritto un metodo per l'impianto di più array di elettrodi polimerici attraverso regioni cerebrali anatomicamente distanti per la registrazione elettrofisiologica cronica in ratti liberamente in movimento. La preparazione e l'impianto chirurgico sono descritti in dettaglio, con particolare attenzione ai principi di progettazione per guidare l'adattamento di questi metodi per l'uso in altre specie.

Impianto cronico di più array di elettrodi polimerici flessibili

Abbiamo dimostrato che l'incisione della nano-architettura nei dispositivi intracorticali di microelettrodi può ridurre la risposta infiammatoria e ha il potenziale per migliorare le registrazioni elettrofisiologiche. I metodi descritti qui delineano un approccio per incidere le nano-architetture nella superficie di microelettrodi intracorticali in silicio a stilo non funzionali e funzionali.

Focalizzata la litografia del fascio ionico per esacire di nano-architetture nei microelettrodi

Questo protocollo descrive una procedura per la costruzione di array di microelettrodi in fibra di carbonio per registrazioni elettrofisiologiche croniche e acute in vivo nel topo (Mus musculus) e nel furetto (Mustela putorius furo ) da più regioni del cervello. Ogni passaggio, dopo l'acquisto di fibre di carbonio grezze per l'impianto di array di microelettrodi, è descritto in dettaglio, con particolare attenzione alla costruzione di array di microelettrodi.

Costruzione e implementazione di array di microelettrodi in fibra di carbonio per registrazioni in vivo croniche e acute

Qui, descriviamo la metodologia di fabbricazione per array di elettrodi in fibra di carbonio personalizzabili per la registrazione in vivo nel nervo e nel cervello.

Toolkit open source: array di microelettrodi in fibra di carbonio da banco per la registrazione nervosa

Il presente protocollo descrive la costruzione di array di microelettrodi su misura per registrare i potenziali di campo locale in vivo da più strutture cerebrali contemporaneamente.

Costruzione di microelettrodi potenziali di campo locale per registrazioni in vivo da più strutture cerebrali contemporaneamente

Qui, presentiamo un metodo per la valutazione delle prestazioni e della sicurezza a lungo termine di array di elettrodi subdurali morbidi in un modello di minipig, descrivendo il metodo e gli strumenti chirurgici, la risonanza magnetica postoperatoria, l'elettrofisiologia della corteccia uditiva, le proprietà elettrochimiche dell'impianto e l'immunochimica post-mortem.

Impianto di array di elettrocorticografia morbida subdurale (ECoG) e registrazione corticale a lungo termine nei minipig

Viene proposto un sistema di registrazione elettroencefalografica a basso costo combinato con una bobina di dimensioni millimetriche per guidare la stimolazione magnetica transcranica del cervello del topo in vivo. Utilizzando elettrodi a vite convenzionali con un substrato multielettrodo personalizzato, flessibile e multielettrodo, è possibile eseguire la registrazione multi-sito dal cervello del topo in risposta alla stimolazione magnetica transcranica.

Sistema di registrazione elettroencefalografica a basso costo combinato con una bobina di dimensioni millimetriche per stimolare transcranicamente il cervello del topo in vivo

Il nostro scopo era quello di fornire una guida aggiornata e facile da seguire sulla fabbricazione e il collaudo degli elettrodi per elettromiografia epimisiaca. A tal fine, forniamo istruzioni per l'approvvigionamento dei materiali e una panoramica dettagliata del processo di fabbricazione e test.

Sviluppo di un elettrodo per elettromiografia epimisiale a basso costo: un flusso di lavoro semplificato per la fabbricazione e il collaudo

Scopri la fabbricazione di array di microelettrodi Ti3C2 MXene per la registrazione neurale in vivo. Questo metodo consente la micro-patterning preciso dei film MXene mantenendo l'integrità degli elettrodi.

Fabbricazione di array di microelettrodi Ti₃C₂ MXene per la registrazione neurale In Vivo

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