안정적인 만성 설치류 전기 생리학에 대 한 주사기-주 사용 메쉬 전자

이 방법은 뇌에서 노화 과정이 어떻게 나타나는지, 뇌가 어떻게 발달하는지, 뇌 질환이 어떻게 발생하고 진행되는지와 같은 신경 과학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 메쉬 전자 장치가 일단 뇌에 이식되면 신경교증에서 만성 면역 반응을 유도하지 않고 주변 신경 조직과 원활하게 통합할 수 있다는 것입니다. 이 절차를 시연하는 사람은 Lieber Group의 대학원생인 Tao Zhou와 Lieber Group의 박사후 연구원인 Jung Min Lee입니다.

절차를 시작하려면 깨끗한 실리콘 웨이퍼를 열 증발기에 로드하고 100나노미터의 니켈을 증발시킵니다. 다음으로, SU-8 2000.5 네거티브 포토레지스트를 400-500 나노미터의 대략적인 SU-8 두께에 대해 분당 400 회전으로 웨이퍼에 스핀 코팅합니다. 웨이퍼를 마스크 얼라이너에 로드하여 하단 메쉬 SU-8 층에 해당하는 포토리소그래피 마스크 1이 있는 SU-8을 노출시킵니다.

평방 센티미터당 100 밀리줄의 I-라인 선량으로 노출시킵니다. 그것들은, SU-8 현상액의 웨이퍼를 트레이에 담그십시오. SU-8의 메쉬 패턴이 완전히 개발될 때까지 용액을 2분 동안 부드럽게 교반합니다.

그런 다음 이소프로필 알코올 트레이에 웨이퍼를 1분 동안 헹구고 불어 건조시킵니다. 웨이퍼를 섭씨 180도의 핫 플레이트에서 1시간 동안 하드 베이킹합니다. 그 후, 약 300나노미터 두께에 대해 분당 4, 000회전으로 LOR 3A를 웨이퍼에 스핀 코팅합니다.

스핀 코트 S1805 포지티브 포토레지스트는 4, 500 나노 미터의 대략적인 두께에 대해 분당 000 회전합니다. 그런 다음 웨이퍼를 마스크 정렬기에 로드하여 금속 상호 연결 및 입력, 출력 패드에 해당하는 포토리소그래피 마스크 2가 있는 S1805를 노출시킵니다. 평방 센티미터 당 40 밀리줄에 H 선 복용량에 드러낸, 그 후에 CD-26 감광액 현상액의 쟁반에 있는 웨이퍼를 가라앉힌다.

금속 인터커넥트 패턴이 완전히 개발될 때까지 1분 동안 용액을 부드럽게 교반합니다. 웨이퍼를 탈이온수 트레이에 1분 동안 헹구고 불어 건조시킵니다. 다음으로, 3나노미터의 크롬을 열적으로 증발시킨 다음 80나노미터의 금을 증발시킵니다.

금속이 완전히 언더컷될 때까지 약 3시간 동안 웨이퍼를 제거제 PG의 평평한 비커에 담그고 금속은 메시 전자 장치의 원하는 상호 연결 및 입력, 출력 패드 영역에만 남습니다. 스핀 코팅, 리소그래피, 증발 및 리프트를 반복하여 전극 영역에 3나노미터의 크롬과 50나노미터의 백금을 남깁니다. 그런 다음 SU-8의 스핀 코팅과 포토리소그래피를 반복하여 상단 SU-8 메쉬 레이어를 정의합니다.

웨이퍼를 50와트의 산소 플라즈마로 1분 동안 처리합니다. 그 후, 메쉬 전자 장치가 실리콘 웨이퍼에서 완전히 분리될 때까지 약 3시간 동안 웨이퍼를 용액의 니켈 에칭에 담그십시오. 파스퇴르 피펫을 사용하여 니켈 에칭에서 방출된 메쉬 전자 프로브를 100ml 비이커의 탈이온수로 옮깁니다.

그런 다음 헹굼을 위해 메쉬 전자 장치를 탈이온수가 담긴 새 비커에 최소 세 번 옮깁니다. 메쉬 전자 장치를 바늘에 로드하려면 메쉬 전자 장치가 들어 있는 PBS의 100ml 비커에 유리 모세관 바늘을 삽입합니다. 바늘 끝을 메쉬 전자 프로브의 입력, 출력 패드 근처에 놓고 주사기를 수동으로 집어넣어 메쉬 전자 프로브를 바늘로 끌어들입니다.

사기 플런저가 식염수에 잠겨 있는 동안 주사기 플런저를 밀고 당겨 바늘 내 메쉬 전자 장치의 위치를 조정합니다. 쥐의 뇌에 메쉬 전자 장치를 주입하려면 치과 드릴과 정위 프레임을 사용하여 두개골의 원하는 좌표에서 개두술을 엽니다. 스테인리스강 그래프 나사 또는 와이어를 삽입하기 위해 주입 부위에서 멀리 떨어진 곳에서 두 번째 개두술을 엽니다.

그런 다음 치과 용 시멘트로 두개골에 클램핑 기판을 고정합니다. 기판에서 약 1mm 너비의 절단은 절차의 후반부에서 접는 단계의 신뢰성을 향상시킵니다. 그런 다음 직각 엔드 클램프를 사용하여 메쉬 전자 장치가 포함된 바늘이 있는 피펫 홀더를 입체 프레임에 장착합니다.

피펫 홀더의 측면 배출구를 0.5-1미터 길이의 모세관 튜브가 있는 주사기 펌프에 고정된 5ml 주사기에 부착합니다. 그런 다음 입체성 프레임을 사용하여 바늘 끝을 뇌 내의 원하는 시작 위치에 배치합니다. 유리 바늘 안에 있는 메쉬 전자 프로브의 상단을 표시하도록 카메라를 배치합니다.

주사기 펌프를 저속으로 설정하고 시작을 눌러 흐름을 시작합니다. 메쉬 전자 프로브가 바늘 내에서 움직이지 않으면 유속을 천천히 높입니다. 메쉬 전자 프로브가 바늘 내에서 움직이기 시작하면 입체 안경 프레임을 사용하여 메쉬 전자 프로브의 표시된 원래 위치를 가이드로 사용하여 메쉬 전자 프로브가 주입되는 것과 동일한 속도로 바늘을 후퇴시킵니다.

계속 식염수를 흐르게 하고 바늘이 두개골을 빠져나갈 때까지 바늘을 집어넣는다. 그런 다음 주사기 펌프의 흐름을 중지합니다. 이 절차에서는 입체식 프레임을 사용하여 바늘을 갭을 가로질러 평평하고 유연한 케이블 클램핑 기판으로 조심스럽게 안내하고 주사기 펌프와 함께 용액을 흐르게 하여 메쉬 전자 상호 연결에서 느슨함을 생성합니다.

바늘이 클램핑 기판 위와 갭을 가로질러 있으면 빠른 속도로 흐름을 재개하여 메쉬 전자 장치 입력, 출력 패드를 클램핑 기판에 주입합니다. 핀셋과 탈이온수 피펫을 사용하여 입력, 출력 패드를 첫 번째 입력 출력 패드에 최대한 가깝게 90도 각도로 구부립니다. 입력 및 출력 패드가 정렬되고 접힌 후 메쉬 스템에 대해 90도 각도로 부드럽게 흐르는 압축 공기로 제자리에 건조시킵니다.

입력 출력 패드의 가장자리에서 약 0.5-1mm 떨어진 좁은 가장자리에서 클램핑 기판을 자릅니다. 또한 PCB 장착 32채널 zif 커넥터에 삽입하는 데 방해가 되는 클램핑 기판의 외부 부품을 차단하십시오. 그런 다음 입력, 출력 패드를 PCB의 zif 커넥터에 삽입하고 래치를 닫습니다.

측정 전자 장치를 사용하여 채널과 접지 나사 사이의 임피던스를 측정하여 성공적인 인터페이스를 확인합니다. 임피던스 값이 너무 높으면 zif 커넥터의 래치를 풀고 삽입을 조정한 다음 성공적인 연결이 확인될 때까지 다시 테스트하십시오. 그런 다음 zif 커넥터와 노출된 메쉬 전자 장치 상호 연결을 치과 시멘트로 덮어 보호합니다.

기판의 틈새에서 PCB를 뒤집고 마우스 두개골에 시멘트로 PCB를 고정합니다. 자유롭게 이동하는 녹음을 위해 프리앰프 PCB를 삽입하고 기준 나사를 접지한 후 리퀴터에서 마우스를 해제하십시오. 마우스가 자유롭게 작동하는 동안 데이터 수집 시스템을 사용하여 원하는 시간 동안 기록합니다.

여기에 표시된 것은 마우스의 해마와 체성 감각 피질에 주입된 32채널 메시 전자 프로브의 대표적인 국소 필드 히트 맵입니다. 데이터는 쥐가 주사 후 2개월과 4개월에 케이지를 자유롭게 탐색하는 동안 기록되었습니다. 국소 자기장 전위 진폭은 오른쪽의 색상 막대에 따라 색상으로 구분됩니다.

스파이크 활동을 보여주는 고역 통과 필터 트레이스(검은색)는 32개 채널 각각에 대한 스펙트로그램에 오버레이됩니다. 다음은 플롯된 데이터를 정렬한 후 분리된 스파이크입니다. 32개 채널 중 26개 채널에서 단일 유닛 스파이킹 활동이 감지되었으며, 둘 다 주입 후 2개월과 주입 후 4개월입니다.

이 절차를 시도하는 동안 메시 전자 프로브에 대한 성공적인 전기 연결을 확인하기 위해 I/O 인터페이스를 테스트하는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 측정 임피던스는 문제의 원인을 해결하는 데 도움이 되며 인터페이스 또는 제작과 관련된 문제를 식별하는 데 중요합니다. 이 절차에 따라 기록된 각 전극 주변의 세포 환경을 연구하기 위해 조직학을 수행할 수 있습니다.

기존의 딱딱한 뇌 프로브와 달리, 메시 전자 장치는 조직학 중에 조직에 남아 있을 수 있으므로 전기생리학 데이터와 면역조직화학 분석을 정확하게 연관시킬 수 있습니다.