Name: 실리콘 평면 피질 내 미세 전극의 표면 처리를위한 도구 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-06-08T12:50:00.000+00:00
Duration: 6 min 39 s
Description: 배우세요 실리콘 평면 피질 내 미세 전극의 표면 처리를 위한 도구 사용법을. 기상상 증착과 수용액 반응을 활용한 표면 개질 방법으로 장기간 반응 중에도 장치 무결성을 유지하며 신경과학 및 생물의학 공학 연구에 활용할 수 있습니다.

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이 연구는 미국 (미국) 재향 군인 업무 재활 연구 개발 서비스의 Merit Review Award IRX002611 (Capadona) 및 Research Career Scientist Award IK6RX003077 (Capadona)에 의해 부분적으로 지원되었습니다. 또한이 연구는 국립 보건 연구소, 국립 신경 장애 및 뇌졸중 연구소 R01NS110823 (Capadona / Pancrazio) 및 국립 과학 재단 대학원 연구 펠로우십 프로그램 (Krebs)의 일부 지원을받습니다.

3D 인쇄를 위한 모든 코딩 파일은 보충 코딩 파일 1-16에 제공됩니다. 대표적인 결과에 제공된 분석은 상업적으로 획득된 기능성 실리콘 평면 전극 어레이를 사용하여 설명된다( 표 재료 참조).
1. 진공 데시케이터에서 기상 증착을위한 취급 어셈블리
주: 기상 증착 동안 장치를 취급하고 고정하기 위해 조립된 장치는 그림 3에 나와 있습니다. 단계 1.1-1.8은 증착을 위해 장치를 장치 내로 배치하는 데 필요한 절차를 설명합니다(그림 4A).
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63500/63500fig03.jpg"> 그림 3: 기상 증착 중 기능 장치를 취급하기 위한 3D 인쇄물 조립. 조립체는 코팅될 샘플 없이 그림으로 그려진다. 나사와 윙 너트는 조각 1A와 2B를 함께 고정하는 데 사용됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63500/63500fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63500/63500fig04.jpg"> 그림 4: 코팅할 샘플의 조립 및 배치 이미지. 이 체계는 진공 건조기 내에 고정된 기상 증착 동안 기능 장치의 취급을 기술한다. (A) 양면 폴리이미드 테이프를 피스 1A에 놓고 폼 테이프를 1B에 놓습니다. (B) 테이프에 고정된 장치. (C) 나사와 윙 너트는 조각 1B를 1A에 고정하는 데 사용되며 어셈블리는 지퍼 케이블 타이 (빨간색 화살표)를 사용하여 데시케이터 트레이에 부착됩니다. (d) 1 cm x 1 cm 실리콘 정사각형 샘플을 각각의 홀더에 배치한다. (E) 알루미늄 계량 접시 및 압력 게이지는 도시된 방향으로 데시케이터에 배치된다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63500/63500fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<ol><li>표면 처리를 위해 장치의 기판 재료의 1cm x 1cm 정사각형 샘플을 수집합니다.<ol>
<li>실리콘 샘플(이 프로토콜을 위해 선택됨)의 경우, 웨이퍼 다이싱 머신을 사용하여 실리콘 웨이퍼를 1cm x 1cm 정사각형으로 절단 합니다(재료 표 참조).</li>
	</ol>
</li>
	<li>조각 1A(그림 1A, 보충 코딩 파일 1, 보충 코딩 파일 2) 및 1B(그림 1B, 보충 코딩 파일 3, 보충 코딩 파일 4)를 인쇄하거나 획득한다.</li>
	<li>양면 폴리이미드 테이프를 조각 1A에 부착하고 1B편에 편 접착제가 있는 1/8" 두께의 폼 스트립을 부착합니다.</li>
	<li>장치의 커넥터 포장을 조각 1A의 테이프에 부착하십시오. 주: 테이프에 있는 커넥터의 이상적인 방향은 그림 4B와 같이 생크를 가장자리 위에 매달린 상태로 둡니다.</li>
	<li>조각 1A와 조각 1B를 함께 고정하십시오(그림 4C). 구멍을 정렬하고 스테인레스 스틸 나사와 윙 너트를 사용하여 고정 하십시오 (재료 표 참조).</li>
	<li>지퍼 타이를 사용하여 그림 4C와 같이 조각 1A의 바닥에 있는 구멍을 사용하여 어셈블리를 진공 데시케이터 트레이에 고정합니다.</li>
	<li>해당하는 경우 사각형 재료 샘플을 프레임 하단의 슬릿에 배치합니다(그림 4D). 여기서, 1 cm x 1 cm 정사각형 실리콘 웨이퍼 다이싱된 샘플이 일례로 사용된다. 참고 : 정확한 재료는 처리 된 장치의 기판과 일치해야하며 장치에 따라 다릅니다.</li>
	<li>용액을 고정 된 어셈블리와 반대쪽 및 일치하는 진공 데시케이터 내의 적절한 리셉터클에 배치하여 기상 증착을 완료하십시오. 참고: 알루미늄 계량 접시는 (3-아미노프로필)트리에톡시실란(APTES) 증착을 위한 리셉터클을 사용하였고, 여기서는 일례로 하였다.<ol>
<li>정확한 압력을 기록하기 위해 데시케이터 내에 진공 게이지 ( 재료 표 참조)를 놓습니다. 데시케이터 뚜껑의 포트를 고정 조립품 근처에 배치하고 솔루션과 일치하도록 배치합니다(그림 4E). 주: 이러한 기상 증착 방법에 관한 추가의 세부사항은 이전에 공개된 참조문헌49에 기술되어 있다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 수용액을 통한 표면 반응을위한 취급 조립체
주: 수성상 증착 및 표면 처리 동안 장치를 취급 및 유지하기 위한 구성요소 및 조립된 장치는 도 5-7에 예시되어 있다. 다음 단계는 증착 및 처리를 위해 장치를 장치 내로 배치하는 데 필요한 절차를 자세히 설명합니다.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63500/63500fig05.jpg"> 도 5: 수용액에서 발생하는 표면 반응을 위한 기능성 장치를 취급하기 위한 3D 프린트된 조각의 조립 . (A) 배양 플레이트의 뚜껑에 접착되는 가이드 피스. (B) 벤치탑 조각은 조립하는 동안 조각 (C)와 (D)를 안정화시키는 데 사용되었습니다. (c) 및 (D)는 웰 플레이트 내에 배치하기 위한 장치의 현탁액을 함께 고정시킨다. (e) 조각 (C) 및 (D)를 웰 플레이트 뚜껑에 추가로 고정시킨다. 양면 폴리이미드 테이프를 (C)의 하부에 배치하고, 폼 테이프를 (D)의 하부에 놓았다(둘 다 적색으로 박스화됨). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63500/63500fig05large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63500/63500fig06.jpg"> 그림 6: 6개의 가이드(조각 2A)로 구성된 세포 배양 플레이트 뚜껑. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63500/63500fig06large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63500/63500fig07.jpg"> 그림 7: 용액 반응을 위한 프로브를 고정하고 로딩하기 위한 시퀀스. 이미지 내에서 선명도를 위해 이 그림에서 부품의 색상이 변경되었습니다. 이 부품은 그림 5 및 그림 6과 동일합니다. (A) 피스 2C는 피스 2B에 배치되고, 디바이스는 2C의 테이핑 부분에 고정된다. (B) 피스 2D는 피스 2C에 맞춰져 디바이스 생크를 매달리는 어셈블리를 생성한다. (c) 2C, 2D 및 장치의 조립은 가이드를 사용하여 웰 플레이트의 뚜껑 위에 조심스럽게 위치된다. (D) 피스 2E는 뚜껑을 더욱 고정하기 위해 어셈블리 상단에 맞습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63500/63500fig07large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<ol><li>장치의 전극 어레이를 용액에 현탁시키기 위해 웰 플레이트용 뚜껑을 구성한다(그림 6). 이 프로토콜은 24-웰 플레이트의 사용을 설명합니다.<ol>
<li>직사각형 구멍 19mm x 10.5mm를 레이저 커터를 사용하거나 박스 커터를 사용하여 웰 플레이트의 뚜껑에 직접 자릅니다. 구멍 수를 원하는 장치 수와 일치시킵니다. 참고: 조립의 용이성을 위해 웰 플레이트당 6개의 장치를 처리하거나 최소한 인접하지 않은 웰 위에 구멍을 뚫는 것이 좋습니다(그림 6).</li>
		<li>적절한 수의 가이드(조각 2A(그림 2A), 보조 코딩 파일 5, 보충 코딩 파일 6)를 인쇄하거나 획득합니다.</li>
		<li>시아 노 아크릴레이트 접착제를 사용하여 뚜껑에 가이드를 고정하십시오. 그림 6과 같이 가이드와 뚜껑에 직사각형 구멍을 맞추고 접착하면서 가이드의 직사각형 구멍이 막히지 않도록 합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>치료가 발생할 위치에서 원하는 용액으로 웰 플레이트를 채 웁니다. 예를 들어, 용액은 MES 완충제 중의 EDC 및 Sulfo-NHS ( 표 참조)를 포함한다. 참고: 용액의 부피는 전극 장치의 치수에 따라 달라집니다. 8.6mm의 로우 프로파일 커넥터와 3mm의 생크 길이의 미시간 스타일 마이크로 전극 어레이( 재료 표 참조)의 경우 ~9mm 클리어런스(50)가 있습니다. 2 mL의 용액을 사용하면 장치의 생크가 완전히 잠기면서 장치의 나머지 부분을 반응 용액에서 벗어나게 할 수 있습니다.<ol>
<li>기판 샘플을 사용하여 표면 처리를 확인하는 경우 사각형 재료 샘플을 플레이트의 우물에 놓고 반응 용액에 잠깁니다.</li>
	</ol></li>
	<li>장치를 잘 플레이트에 단단히 매달아 놓습니다(재료 표 참조). 시퀀스는 그림 7에 나와 있습니다.<ol>
<li>테이프 조각 2B(그림 2B, 보충 코딩 파일 7, 보충 코딩 파일 8)를 벤치탑에 넣습니다(그림 7A).</li>
		<li>양면 폴리이미드 테이프를 올려 조각 2C의 베이스를 덮습니다(그림 2C, 보조 코딩 파일 9, 보충 코딩 파일 10).</li>
		<li>단면 접착제가 있는 1/8" 폼 테이프를 올려 조각 2D의 베이스를 덮습니다(그림 2D, 보조 코딩 파일 11, 보조 코딩 파일 12).</li>
		<li>조각 2C를 조각 2B의 홈에 맞춥니다(그림 7A).</li>
		<li>장치의 커넥터 포장을 방향이 맞춰 테이프에 부착하여 장치 생크의 길이가 끊어지도록 합니다(그림 7B).</li>
		<li>조각 2D( 그림 7의 주황색 표시)를 조각 2C로 슬라이딩하여 장치를 고정합니다. 이 어셈블리는 공구 조각 사이에 장치를 효과적으로 고정합니다(그림 7B).</li>
		<li>어셈블리의 가장자리를 잡고 조심스럽게 들어 올려 조각 2A에서 제거하십시오.</li>
		<li>조각 2C 및 2D의 바깥쪽을 향한 반원을 조각 2A의 해당 가이드와 정렬하여 어셈블리를 뚜껑에 맞춥니다( 그림 7C의 녹색으로 표시됨).</li>
		<li>가이드 위에 프레스 피팅 피스 2E(도 2E)에 의한 어셈블리 배치를 고정한다( 도 7D, 보충 코딩 파일(13), 보충 코딩 파일(14)에 녹색으로 표시됨).</li>
		<li>용액의 지속적인 혼합으로 이익을 얻는 반응을 위해, 웰 플레이트를 교반하십시오. 조립 된 웰 플레이트를 쉐이커 테이블로 옮기고 100rpm 미만의 속도로 실행하십시오.</li>
	</ol></li>
	<li>여러 용액 기반 반응 또는 세척 단계가 필요한 경우 뚜껑을 원하는 용액이 적절한 웰에 분배된 새로운 웰 플레이트로 조심스럽게 옮깁니다. 참고: 2.4단계는 선택 사항입니다.</li>
	<li>웰 플레이트에서 장치를 분리합니다.<ol>
<li>테이프 조각 2B를 벤치 탑에 넣습니다.</li>
		<li>뚜껑에서 조각 2E를 제거합니다.</li>
		<li>장치를 고정하고 있는 어셈블리를 웰 플레이트에서 조심스럽게 분리합니다.</li>
		<li>부품 2C가 벤치탑을 향하고 조각 2D가 위쪽을 향하도록 어셈블리의 방향을 지정합니다. 장치의 생크는 벤치 탑과 평행해야합니다. 어셈블리의 피스 2C를 어셈블리를 함께 피팅할 때 이전에 완료되었던 바와 같이(단계 2.3.4) 피스 2B에 맞춥니다.</li>
		<li>조각 2D를 조심스럽게 잡아 당겨 조각 2C에서 분리하십시오. 이 작업에 안정성을 제공하기 위해 조각 2C의 탭에 약간의 압력을 가하십시오. 참고: 2C의 탭은 이 처리를 용이하게 하기 위해 2D의 탭보다 길다.</li>
		<li>포셉을 사용하여 장치의 커넥터 포장을 잡고 테이프에서 제거하고 장치를 원하는 저장 컨테이너로 옮깁니다.</li>
	</ol></li>
</ol>

내용은 미국 재향 군인 사무국, 국립 보건원 또는 미국 정부의 견해를 대표하지 않습니다.

기술된 프로토콜은 실리콘 평면 마이크로전극 어레이의 표면 처리를 위해 설계되었다. 3D 프린팅된 툴은 로우 프로파일 커넥터(50)를 갖는 미시간 스타일의 마이크로전극 어레이에 맞게 맞춤화된다. 비기능성 프로브는 생체적합성 접착제를 사용하여 실리콘 프로브를 3D 프린트된 탭에 부착하여 조립하였다. 3D 인쇄 탭은 사용 가능한 상용 장치에 통합 된 커넥터와 비슷한 크기로 설계되었습니다. 3D 프린트된 탭에 대한 파일은 보충 코딩 파일(15), 보충 코딩 파일(16)로서 이용가능하다. 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 필라멘트를 사용하여 3D 프린트 피스를 제작하였다. 원하는 경우, 폴리락트산(PLA) 필라멘트가 또한 공구를 구성하는데 사용될 수 있다. 24-웰 플레이트를 17.4 mm의 웰 깊이를 갖는 수용액과의 표면 반응을 위해 사용하였다. 프로토콜을 대체 장치에 적용할 때는 전극 유형(커넥터 크기, 생크 길이), 사용된 3D 프린터의 분해능 및 필라멘...

신경 보철 장치는 척수 손상, 근위축성 측삭 경화증 (ALS), 뇌 성 마비 및 절단 1,2,3을 포함한 광범위한 환자 집단에서 손상되거나 부재 한 감각 및 운동 능력을 회복시키는 것을 목표로합니다. 피질 내 미세 전극 (IMEs)은 피질 뉴런과 신경 보철물을 제어하는 데 사용되는 장치 사이의 통신 경로를 설정할 수 있습니다. 피질내 미세전극의 뚜렷한 장점은 높은 공간 및 시간적 분해능으로 신경 신호를 기록할 수 있는 능력이며, 이는 뇌-컴퓨터 인터페이스(4,5)의 후속 신호 처리 및 제어에 바람직하다. 불행히도, 피질 내 미세 전극의 성능은 이식후 몇 달에서 1 년 이내에 극적으로 감소합니다 2,6,7,8. 신호 품질 및 안정성의 손실은 기술 적용에 부정적인 영향을 미칩니다.
관찰된 성능 저하에 대한 유의한 기여자는 이식-관련 조직 손상 및 만성 신경염증9,10,11에 대한 생물학적 반응이다. IME의 이식은 뇌 조직에 손상을 입히고, 반동적 세포 방어 과정의 캐스케이드를 시작하는 신호 전달 분자의 방출을 초래합니다. 만성 인터페이싱은 이물질 반응을 악화시켜 장치에 근접한 조직을 손상시키는 지속적인 신경 염증을 유발합니다. 종종 신경 염증, 흉터 및 국소 신경 변성의 증상으로 인식되어 신호 품질12,13,14,15의 기록의 감소에 기여합니다. 동반 된 활성화 된 미세 아교세포 및 대식세포를 가진 성상 세포의 조밀 한 대기업을 포함하며, 전극을 캡슐화하는 흉터는 물질 수송 감소 및 염증 인자 16,15,16,17,18의 국소 축적으로 불리한 국소 환경을 만듭니다.
많은 연구들이 피질내 미세전극에 대한 뇌의 반응 또는 반응을 완화시키기 위한 접근법7을 기술하였다. 조직 반응을 개선하기위한 연구 및 개발에는 전체 구조, 표면 토폴로지, 재료 및 코팅 적용에 대한 변형을 포함한 다양한 전략이 포함되었습니다. 이러한 노력은 이식 이벤트로부터 지속되는 손상을 최소화하고, 장치와 근위 세포 사이에 보다 유리한 계면을 도입하거나, 장치가 이식된 후 조직 변형을 감소시키려는 의도(7)를 의도한다. 만성 생물학적 반응을 구체적으로 표적으로 하는 방법은 이식 부위를 안정화시키고 세포 건강을 화학적으로 증진시키는 것을 목표로 하는 몇몇 생리활성 코팅을 유도하였다. 그 예로는 전도성 중합체, 예컨대 폴리(에틸렌 디옥시티오펜)(PEDOT)19,20, 탄소 나노튜브 21, 하이드로겔 22, 및 특정 세포 공정 23,24,25를 표적화하기 위해 생체활성 분자 및 약물의 첨가를 포함한다. 우리의 연구 그룹은 특히 장치 이식 26과 관련된 외상을 최소화하고, 장치 / 조직 경직성 불일치를 최소화하고, 27,28,29,30,31,32,33, 살균을 최적화하는 것을 포함하되 이에 국한되지 않는 이식 된 미세 전극에 대한 염증 반응의 감소를 촉진하기위한 많은 메커니즘을 탐구했습니다. 절차 34,35, 산화 응력/손상 감소 28,36,37,38,39,40,41,42, 대체 전극 재료(43) 탐구, 천연 세포외 매트릭스의 나노 아키텍처 모방 44,45,46 . 최근의 관심은 미세전극 조직 계면(39)에서 신경염증 반응을 직접 완화시키기 위한 생체모방 표면 코팅의 개발이다.
인터페이스의 변형은 신호 기록에 필요한 상처 및 근위 조직을 직접 타겟팅하는 독특한 이점을 제공합니다. 면역 반응을 악화시키지 않고 치유를 촉진하는 표면 처리는 품질 기록의 수명에 도움이 될 수 있으며 피질 내 미세 전극의 치료 및 연구 잠재력을 실현하는 데 한계를 제거 할 수 있습니다. 제시된 작업은 장치의 취약성을 수용하면서 연장 된 반응 시간을 필요로하는 마이크로 전극 어레이에 표면 처리를 적용하는 방법을 자세히 설명합니다. 제시된 기술은 표면 개질 방법을 치료 응용 분야 전반에 걸쳐 장치를 처리 할 수없는 기능 장치와 공유하기위한 것입니다. 이 도구는 비기능성 더미 프로브 및 기능성 실리콘 평면 마이크로 전극 어레이를 처리하기 위해 제공됩니다.
전극 표면을 변형시키기 위한 제시된 접근법은 기상 증착 및 수용액과의 반응을 위한 비작용성 더미 프로브 또는 기능성 실리콘 평면 전극 어레이의 안전한 현탁액을 허용한다. 이러한 깨지기 쉬운 장치를 처리하는 데 여러 3D 인쇄 조각이 사용됩니다(그림 1 및 그림 2). Mn(III)테트라키스(4-벤조산)포르피린(MnTBAP)의 고정화를 수반하는 산화방지 코팅을 이용한 표면 개질을 위한 가스 및 용액 상 단계 둘 다를 활용하는 절차의 예가 제공된다. MnTBAP는 염증47,48의 중재가 입증 된 항산화 특성을 지닌 합성 메탈로 포르피린입니다. 기능성 실리콘 평면 전극 어레이 상의 제공된 예는 비기능성 장치(40)에 대해 이전에 보고된 프로토콜에 대한 업데이트를 검증한다. Munief et al.로부터의 기상 증착 기술의 적응은 기능성 전극들(49)과의 프로토콜의 상용성을 지지한다. 기상증착은 활성 MnTBAP를 고정화하기 위해 카르보디이미드 가교결합제 화학을 수반하는 수성 반응에 대비하여 아민 작용화 표면을 기능화하는데 이용된다. 여기서 개발된 취급 방법론은 다른 코팅 및 유사한 장치를 수용하도록 변형될 수 있는 플랫폼으로서 제공된다.
이 프로토콜은 기능성 실리콘 평면 전극 어레이와 유사한 치수의 실리콘 생크 및 3D 프린팅된 탭을 포함하는 비기능성 더미 프로브를 사용하는 접근법을 예시한다. 장치의 커넥터 패키징은 제공된 지침에서 작동하지 않는 더미 프로브의 3D 인쇄 탭과 유사한 것으로 간주됩니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63500/63500fig01.jpg"> 그림 1: 진공 데시케이터에서 기상 증착 시 기능 장치를 취급하기 위한 3D 인쇄물 . (A) 구조물의 베이스에는 1cm x 1cm 샘플 실리콘 사각형용 홀더(상단 화살표)와 데시케이터 플레이트에 고정하기 위한 구멍(하단 화살표)이 포함됩니다. (B) 플레이트는 장치의 서스펜션을 고정하는 데 사용됩니다. 여기서부터이 그림의 각 조각은 조각 1A 또는 1B라고합니다. 배율 막대 = 1cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63500/63500fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63500/63500fig02.jpg"> 도 2: 수용액에서 발생하는 표면 반응을 위한 기능성 장치를 취급하기 위한 3D 인쇄물. (A) 배양 플레이트의 뚜껑에 접착되는 가이드 피스. (B) 조립하는 동안 조각 (C)와 (D)를 안정화시키는 데 사용되는 벤치 탑 조각. (C) 및 (D)는 웰 플레이트 내에 배치하기 위한 디바이스의 현탁액을 함께 고정하고, (E) 피스 (C) 및 (D)를 웰 플레이트 뚜껑에 추가로 고정시킨다. 여기서부터이 그림의 각 패널에있는 개별 조각은이 그림의 패널 번호에 해당하는 조각 번호라고합니다. 배율 막대 = 1cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63500/63500fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

<table><tbody><tr><td>1- [3- (디메틸 아미노) 프로필] -3- 에틸 카르 보디 이미드 메티오디드 (EDC)</td> <td>시그마 - 알드리치</td><td>165344-1G</td><td>고체, -20 °°C에서 건조 보관; C</td></tr><tr><td>15 mL 원추형 원심분리기 튜브</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-959-70C</td><td></td></tr><tr><td>18 파운드 솔리드 나일론 케이블/지퍼 타이</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06830-66</td><td>길이 4 인치</td></tr><tr><td>2-(N-Morpholino)ethanesulfonic acid (MES)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>4432-31-9</td><td>Solid</td></tr><tr><td>3-aminopropyltriethoxysilane (APTES)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>440140-100ML</td><td>액체, Sure/ </td></tr><tr><td>밀봉 50mL 원추형 원심분리기 튜브</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-959-49A</td><td></td></tr><tr><td>알루미늄 호일</td><td>Fisher Scientific</td><td>01-213-103</td><td></td></tr><tr><td>알루미늄 계량 접시</td><td>Fisher Scientific</td><td>08-732-102</td><td>직경 66mm</td></tr><tr><td>Bel-Art 진공 탈착기</td><td>Fisher Scientific</td><td>08-594-15B</td><td></td></tr><tr><td>Corning Costar TC 처리 다중 웰 플레이트</td><td>Millipore Sigma</td><td>CLS3527-100EA</td><td>24-웰 플레이트, 폴리스티렌</td></tr><tr><td>시아노아크릴레이트 접착제</td><td>LocTite</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>디지털 현미경</td><td>Keyence</td><td>VHX-S750E</td><td></td></tr><tr><td>디스코 DAD3350 다이싱 톱</td><td>디스코</td><td>DAD3350</td><td>실리콘 웨이퍼를 1 cm x 1 cm 샘플로 절단하는 데 사용됩니다</td></tr><tr><td>. 양면 폴리이미드 테이프</td><td>캡톤 테이프</td><td>PPTDE-1/4</td><td>&frac14; &rdquo; x 36 야드.</td></tr><tr><td>EP21LVMed &ndash; 저점도, 두 성분 에폭시 화합물</td><td>Masterbond</td><td>EP21LVMed</td><td>USP Class VI 인증 충족, 세포 독성에 대한 ISO 10993-5 통과</td></tr><tr><td>Epilog Fusion Pro 48 레이저 기계</td><td>에필로그</td><td>N/A</td><td>CO2 레이저</td></tr><tr><td>폼 테이프</td><td>XFasten</td><td>N/A</td><td>1/8" 두께의</td></tr><tr><td>Gamry 인터페이스 1010E 포텐시오스탯</td><td>Gamry</td><td>992-00129</td><td></td></tr><tr><td>고정밀 45°C; 곡선형 테이퍼드 매우 미세한 포인트 핀셋/집게</td><td>Fisher Scientific</td><td>12-000-131</td><td></td></tr><tr><td>랩 테이프</td><td>Fisher Scientific</td><td>15-901-10L</td><td></td></tr><tr><td>Mn(III)테트라키스 (4-벤조산) 포르피린 (MnTBAP)</td><td>EMD Millipore</td><td>475870-25MG</td><td>솔리드, -20°C에서 저장; C</td></tr><tr><td>N-Hydroxysulfosuccinimide 나트륨 염, &ge; 98 % (HPLC)</td> <td>시그마 알드리치</td><td>56485-250MG</td><td>고체, 4 °C에서 건조 보관; C</td></tr><tr><td>백금 입히는 니오브 메시 양극</td><td>기술</td><td></td><td>125&mu를 가진 입히는; &rdquo; 한쪽 면에 플래티넘, (1) 1"의 티타늄 프레임이 있습니다. x 6인치 하나의 6 인치 중앙에 티타늄 스트랩 치수</td></tr><tr><td>실리콘 평면 미세 전극 어레이, 16 채널</td><td>NeuroNexus</td><td>A1x16-3mm-100-177-CM16LP</td><td>전극 부위 재료는 이리듐, 생크 두께는 15 &mu; m</td></tr><tr><td>실리콘 웨이퍼</td><td>대학 웨이퍼</td><td>1575</td><td>직경 100mm, p 형, 붕소 도핑, 100 방향, 저항 0.01-0.02 옴 cm, 두께 525 um, 단면 광택, 프라임 그레이</td></tr><tr><td>드 실버 /은 염화물 참조 전극</td><td>Gamry Instruments</td><td>930-00015</td><td></td></tr><tr><td>Solidworks</td><td></td><td>N / A</td><td></td></tr><tr><td>스테인레스 스틸 필립스 플랫 헤드 나사</td><td>McMaster Carr</td><td>96877A629</td><td>#8-32, 1 1/2", 완전히 나사가 달린</td></tr><tr><td>Type I 탈이온수</td><td>ChemWorld</td><td>CW-DI1-20</td><td></td></tr><tr><td>Ultimaker 3 3D 프린터</td><td>Ultimaker</td><td>&nbsp; N/A</td><td></td></tr><tr><td>Ultimaker 큐라</td><td>Ultimaker</td><td>N/A</td><td>3D 프린팅 소프트웨어</td></tr><tr><td>Ultimaker NFC ABS 필라멘트</td><td>다이나미즘, Inc.</td><td>1621</td><td>2.85mm</td></tr><tr><td>Ultimaker NFC PLA 필라멘트</td><td>다이나미즘, Inc.</td><td>1609</td><td>2.85mm</td></tr><tr><td>진공 게이지 진공 게이지</td><td>Measureman Direct</td><td>N/A</td><td>글리세린 충전, 2-1/2" 다이얼 크기, &frac14; &rdquo; NPT, -30인치 Hg/-100kpa-0</td></tr><tr><td>날개 너트</td><td>Everbilt</td><td>934917</td><td>#8-32, 아연 도금</td></tr></tbody></table>

실리콘 평면 피질 내 미세 전극의 표면 처리를위한 도구

Tools for Surface Treatment of Silicon Planar Intracortical Microelectrodes

피질 내 미세전극은 큰 치료 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 그들은 겸손한 이식 기간 후에 상당한 성능 감소로 어려움을 겪고 있습니다. 관찰된 감소에 실질적인 기여자는 임플란트에 근접한 신경 조직에 대한 손상 및 후속적인 신경염증 반응이다. 장치 수명을 개선하기 위한 노력은 조직 반응을 개선하기 위해 장치 표면에 화학적 변형 또는 코팅 적용을 포함한다. 이러한 표면 처리의 개발은 전형적으로 의도된 응용에 필요한 전기 부품이 결여된 비기능적 "더미" 프로브를 사용하여 완료된다. 기능 장치로의 변환은 피질 내 미세 전극 어레이의 취약성을 고려할 때 추가적인 고려가 필요합니다. 핸들링 툴은 조립된 장치, 특히 긴 절차 시간이 필요한 수정의 경우 표면 처리를 크게 용이하게 합니다. 여기에 설명 된 취급 도구는 기상 증착 및 수용액 노출을 통해 적용되는 표면 처리에 사용됩니다. 코팅의 특성화는 타원법 및 x선 광전자 분광법을 사용하여 수행된다. 기능 장치에 대한 코팅 절차 전후의 전기 임피던스 분광법 기록을 비교한 결과, 수정 후 장치 무결성이 확인되었습니다. 설명된 툴은 화학적 호환성을 유지하는 대안적인 전극 장치 및 처리 방법에 쉽게 적응될 수 있다.

취급 성분의 사용을 입증하기 위해, 산화제 매개체의 고정화를 활성화 실리콘에 적응시키기 위해 설명된 방법론이 구현되었다. 산화 스트레스를 줄이기 위해 IME에 이 화학을 적용하는 것은 Potter-Baker et al.에 의해 고안되었으며 비기능성 실리콘 더미 프로브(40)에서 입증되었다. 이 표면 처리는 아민 기능화를 통해 산화방지제인 MnTBAP를 UV/오존 활성화 실리콘 표면에 고정시킨 후 카르보디이미드 가교 화학(51)을 실시한다. 아민 작용화는 기상 증착 및 수성 반응을 통한 카르보디이미드 가교 화학을 통해 완료된다. 이들 실험은 코팅 방법의 물질 분석을 허용하기 위해 상업적으로 이용가능한 미시간-스타일 마이크로전극 어레이 및 실리콘 사각형 샘플을 사용하여 수행되었다( 물질의 표 참조).
먼저, 아민 작용화는...

본 프로토콜은 가스 증착 및 수용액 반응을 통한 표면 개질을 위한 처리 동안 실리콘 평면 피질 내 미세전극을 취급하기 위한 도구를 기술한다. 절차 전반에 걸쳐 장치를 처리하는 데 사용되는 구성 요소의 어셈블리가 자세히 설명되어 있습니다.

Intracortical microelectrodes hold great therapeutic potential. But they are challenged with significant performance reduction after modest implantation ...

이 프로토콜은 기상 증착 및 수용액 반응에 의한 피질 내 미세 전극 장치의 표면 개질을위한 처리 도구를 제공합니다. 이러한 처리 방법은 연장된 반응 시간 동안 장치 무결성을 유지합니다. 피질내 미세전극 장치를 취급하는 방법은 종종 개시되지 않는다.이 기술은 표면 처리 및 코팅을 개발함으로써 이러한 장치의 성능을 향상시키기위한 연구 노력에 도움이 될 수 있습니다. 시작하려면 표면 처리를 위해 피질 내 미세 전극 장치 또는 비기능 프로브를 습득하십시오. 재료 테스트를 용이하게 하려면 장치와 함께 처리하기 위해 기판 재료의 한 센티미터 제곱 샘플을 수집합니다.3D 인쇄 또는 조각 1A 및 1B를 획득. 양면 폴리이미드 테이프를 조각 1A에 부착합니다. 또한 3.17mm 두께의 폼 스트립에 단면 접착제를 부착하여 1B 조각에 부착하십시오.그런 다음 장치의 커넥터 포장을 조각 1A의 테이프에 부착하십시오. 구멍을 정렬하고 스테인레스 스틸 나사와 윙 너트를 사용하여 고정하여 조각 1A와 1B를 결합하십시오. 지퍼 타이를 사용하여 조립품을 진공 데시케이터 트레이에 고정하고 조각 1A 하단의 구멍을 활용하십시오.사각형 재료 샘플을 프레임 하단의 슬릿에 넣습니다. 용액을 진공 건조기의 적절한 리셉터클에 넣고 고정 된 조립품과 반대쪽과 인라인으로 배치하십시오. 정확한 압력을 기록하기 위해 데시케이터에 진공 게이지를 넣으십시오.그런 다음, 건조된 뚜껑의 포트를 고정 조립체 근처에 위치시키고 용액과 인라인으로 배치하고 기상 증착을 완료한다. 먼저, 19x10.5mm 크기의 직사각형 구멍을 웰 플레이트의 뚜껑으로 잘라 장치의 전극 어레이를 용액에 현탁시킵니다. 가이드를 3D 인쇄하거나 가져옵니다.가이드의 직사각형 구멍을 뚜껑의 구멍에 정렬하여 가이드의 구멍이 막히지 않도록 합니다. 시아 노 아크릴레이트 접착제를 사용하여 뚜껑에 가이드를 고정하십시오. 그런 다음 치료가 발생할 웰에 원하는 용액을 채 웁니다.표면 처리를 확인하기 위해, 반응 용액의 사각형 기질 샘플을 플레이트의 웰에 잠수시킨다. 프로브 장치를 조립하기 위해, 테이프 피스(2B)를 벤치 탑에 조립한다. 양면 폴리이미드 테이프를 올려 조각 2C의 베이스를 덮습니다.또한 단면 접착제가 있는 3.17mm 폼 테이프를 올려 2D 조각의 베이스를 덮습니다. 그런 다음 조각 2C를 조각 2B의 홈에 맞 춥니 다. 장치의 커넥터 포장을 테이프에 부착하여 장치 생크의 길이가 일시 중단되도록 방향을 맞춥니다.조각 2D를 조각 2C로 밀어 장치를 고정하십시오. 어셈블리의 가장자리를 잡고 조심스럽게 들어 올려 조각 2B에서 분리합니다. 조각 2C 및 2D의 바깥쪽을 향한 반원을 조각 2A의 해당 가이드와 정렬하여 어셈블리를 웰 플레이트의 뚜껑에 맞춥니다.가이드 위에 프레스 피팅 피스 2E로 어셈블리 배치를 고정합니다. 장치를 웰 플레이트에 일시 중단한 후 어셈블리를 셰이커로 옮기고 분당 100회 회전 미만의 속도로 실행합니다. 여러 용액 또는 세척 단계가 필요한 반응의 경우, 뚜껑을 적절한 웰에 원하는 용액이 들어있는 새로운 웰 플레이트로 조심스럽게 옮깁니다.이 단계 후에, 벤치 탑에 2B를 테이프 조각한다. 웰 플레이트에서 장치를 제거하려면 뚜껑에서 조각 2E를 제거하십시오. 그런 다음 장치를 잡고 어셈블리를 조심스럽게 제거하십시오.조각 2C가 벤치 상단을 향하고 조각 2D가 위쪽을 향하도록 어셈블리의 방향을 지정합니다. 장치의 생크를 벤치 상단에 평행하게 정렬합니다. 어셈블리의 조각 2C를 조각 2B에 맞춥니다.조각 2C의 탭에 약간의 압력을 가하여 조각 2D를 조각 2C에서 분리하십시오. 포셉을 사용하여 테이프에서 장치의 커넥터 포장을 제거하고 장치를 저장 컨테이너로 옮깁니다. 실리콘 정사각형 샘플에서 미시간 스타일의 마이크로 전극 어레이의 표면 처리는이 프로토콜을 사용하여 입증되었습니다.기상 증착법은 APTES를 이용한 아민 기능화를 위해 적용되었다. 그 후, 망간 TBAP를 고정화하기 위해 카르보디이미드 가교 화학을 사용하였다. 증착 후 타원법 측정치로부터 실리콘 샘플은 7 옹스트롬의 이론적 단층 두께와 비교하여 8.5 옹스트롬의 평균 APTES 층 두께를 생성하였다.X선 광전자 분광법 분석은 기상 APTES 처리 후 질소와 탄소의 원자 농도의 백분율 증가를 나타냈으며, 이는 화학적 침착을 나타낸다. 유사하게, 망간은 용액상 고정화 후에 검출되었다. 또한, 마이크로전극 어레이의 전기 임피던스 분광법 분석을 위한 Bode 플롯은 코팅 공정 전후의 임피던스 크기 사이에 통계적 차이가 없음을 보여주었다.따라서, 전극 어레이의 성공적인 코팅은 코팅 공정을 사용하여 수행되었다. 이 프로토콜은 장치 손상 위험을 최소화하여 피질 내 미세 전극의 표면 변형을 용이하게합니다. 현장의 다른 사람들은 방법론을 장치 및 화학 절차에 적용 할 수 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

우리는 황금 microelectrodes와 실리콘 기판에 폴리 (에틸렌 글리콜) 자기 조립 monolayer을 (PEG - SAM) 형성을위한 절차를 제시한다. PEG - SAM은 단일 단계에서 형성과 실리콘과 금색 표면에 biofouling을 방지합니다. 전기 영동은 다음 nanoscale patterning의 biomolecules에 대한 아래 사용되고 있습니다.

Patterning의 Biomolecules에 대한 Microelectrodes에 자기 조립 Monolayers을 Antifouling

우리는 만성 신경 기록 전극을 이온 주입하는 과정을 배우고있는 외과의에 대한 유용한 정보를 제공합니다. 관통 및 표면 양쪽 전극 시스템을위한 기술은 쥐 동물 모델에 설명되어 있습니다.

단일 유닛 활동과 Electrocorticographic 신호를 녹음하기 위해 만성 신경 전극 외과 이식

여기 광학 삭제하고, 쥐 뇌 조직에 만성 이식 microdevices 주변의 이미지 그대로 뇌 조직 인터페이스를 라벨, 캡처하기위한 조직 학적 방법을 제시한다. 이 방법을 포함하는 기술의 결과는 주변 조직의 다양한 관통 뇌 이식의 영향을 이해하는 데 유용합니다.

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배우세요 실리콘 평면 피질 내 미세 전극의 표면 처리를 위한 도구 사용법을. 기상상 증착과 수용액 반응을 활용한 표면 개질 방법으로 장기간 반응 중에도 장치 무결성을 유지하며 신경과학 및 생물의학 공학 연구에 활용할 수 있습니다.

실리콘 평면 피질 내 미세 전극의 표면 처리를위한 도구

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