Fabricage van Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays voor In Vivo Neural Recording

Nicolette Driscoll; Kathleen Maleski; Andrew  G. Richardson; Brendan Murphy; Babak Anasori; Timothy  H. Lucas; Yury Gogotsi; Flavia Vitale

doi:10.3791/60741

Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Fabricage van Ti₃C₂ MXene Microelectrode Arrays voor In Vivo Neural Recording

13.5K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/60741

⸱

12 februari 2020

Nicolette Driscoll¹^,²^,³ , Kathleen Maleski⁴^,⁵ , Andrew G. Richardson²^,⁶ , Brendan Murphy¹^,²^,³ , Babak Anasori⁴^,⁵ , Timothy H. Lucas²^,⁶ , Yury Gogotsi⁴^,⁵ , Flavia Vitale¹^,²^,³^,⁷^,⁸

¹Department of Bioengineering, University of Pennsylvania, ²Center for Neuroengineering and Therapeutics, University of Pennsylvania, ³Corporal Michael J. Crescenz Veterans Affairs Medical Center, ⁴Department of Materials Science and Engineering, Drexel University, ⁵A.J. Drexel Nanomaterials Institute, Drexel University, ⁶Department of Neurosurgery, University of Pennsylvania, ⁷Department of Neurology, University of Pennsylvania, ⁸Department of Physical Medicine and Rehabilitation

In dit artikel

Samenvatting

We beschrijven hier een methode voor het fabriceren van Ti₃C₂ MXene micro-elektrode arrays en ze te gebruiken voor in vivo neurale opname.

Samenvatting

Implanteerbare micro-elektrode technologieën zijn op grote schaal gebruikt om neurale dynamiek op de microschaal op te helderen om een dieper begrip van de neurale onderbouwing van hersenziekten en letsel te krijgen. Aangezien elektroden worden geminiaturiseerd tot de schaal van individuele cellen, beperkt een overeenkomstige stijging van de interfaceimpedantie de kwaliteit van geregistreerde signalen. Bovendien zijn conventionele elektrodematerialen stijf, wat resulteert in een significante mechanische mismatch tussen de elektrode en het omringende hersenweefsel, wat een ontstekingsreactie uitlokt die uiteindelijk leidt tot een verslechtering van de prestaties van het apparaat. Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, hebben we een proces ontwikkeld om flexibele micro-elektroden te fabriceren op basis van Ti₃C₂ MXeen, een recent ontdekt nanomateriaal dat opmerkelijk hoge volumesvochtcapaciteit, elektrische geleidbaarheid, oppervlaktefunctionaliteit en verwerkbaarheid in waterige dispersies bezit. Flexibele arrays van Ti₃C₂ MXeen micro-elektroden hebben opmerkelijk lage impedantie als gevolg van de hoge geleidbaarheid en hoge specifieke oppervlakte van de Ti₃C₂ MXeen films, en ze hebben bewezen uitstekend gevoelig te zijn voor het opnemen van neuronale activiteit. In dit protocol beschrijven we een nieuwe methode voor micropatterning Ti₃C₂ MXeen in micro-elektrodearrays op flexibele polymere substraten en schetsen we het gebruik ervan voor in vivo micro-elektrocorticografie-opname. Deze methode kan gemakkelijk worden uitgebreid tot MXene elektrode arrays van willekeurige grootte of geometrie voor een reeks andere toepassingen in bio-elektronica te creëren en het kan ook worden aangepast voor gebruik met andere geleidende inkten naast Ti₃C₂ MXeen. Dit protocol maakt eenvoudige en schaalbare fabricage van micro-elektroden uit op oplossingen gebaseerde geleidende inkten mogelijk, en maakt het specifiek mogelijk om de unieke eigenschappen van hydrofiele Ti₃C₂ MXeen te benutten om veel van de barrières te overwinnen die de wijdverbreide adoptie van koolstofgebaseerde nanomaterialen voor neurale micro-elektroden op basis van koolstof lang hebben belemmerd.

Inleiding

Inzicht in de fundamentele mechanismen die ten grondslag liggen aan neurale circuits, en hoe hun dynamiek worden veranderd bij ziekte of letsel, is een cruciaal doel voor het ontwikkelen van effectieve therapieën voor een breed scala van neurologische en neuromusculaire aandoeningen. Micro-elektrode technologieën zijn op grote schaal gebruikt om neurale dynamiek op fijne ruimtelijke en temporele schalen op te helderen. Het verkrijgen van stabiele opnames met een hoge signaal-ruisverhouding (SNR) van microschaalelektroden is echter bijzonder uitdagend gebleken. Aangezien de afmetingen van de elektroden worden gereduceerd tot de aanpak van cellulaire schaal, een overeen....