Spuit-injectable Mesh elektronica voor stabiele chronische knaagdier electrofysiologie

Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvraagstukken op het gebied van neurowetenschappen, zoals hoe verouderingsprocessen zich in de hersenen manifesteren, hoe de hersenen zich ontwikkelen en hoe hersenziekten ontstaan en zich ontwikkelen. Het grote voordeel van deze techniek is dat mesh-elektronica geen chronische immuunrespons veroorzaakt in gliose eenmaal geïmplanteerd in de hersenen en een naadloze integratie mogelijk maakt met het omringende neurale weefsel. Het proces wordt gedemonstreerd door Tao Zhou, een afgestudeerde student in de Lieber Group, en Jung Min Lee, een post-doc in de Lieber Group.

Om met de procedure te beginnen, laadt u een schone siliciumwafer in een thermische evaporator en verdampt 100 nanometer nikkel. Vervolgens draait u SU-8 2000.5 negatieve fotoresist op de wafer bij 400 omwentelingen per minuut voor een geschatte SU-8-dikte van 400 tot 500 nanometer. Laad de wafer in een maskeraligner om de SU-8 bloot te stellen met fotolithographiemasker één dat overeenkomt met de onderste mesh SU-8-laag.

Stel de wafer bloot aan een I-lijn dosis van 100 millijoule per vierkante centimeter. Dompel vervolgens de wafer in een bak met SU-8 ontwikkelaar. Roer de oplossing zachtjes gedurende twee minuten tot het meshpatroon in de SU-8 volledig ontwikkeld is.

Spoel vervolgens de wafer gedurende een minuut in een bak met isopropylalcohol en droog af. Bak de wafer hard op een heet plaatje bij 180 graden Celsius gedurende een uur. Vervolgens draait u LOR 3A op de wafer bij 4.000 omwentelingen per minuut voor een geschatte dikte van 300 nanometer.

Vervolgens draait u S1805 positieve fotoresist bij 4.000 omwentelingen per minuut voor een geschatte dikte van 500 nanometer. Laad vervolgens de wafer in een maskeraligner om de S1805 bloot te stellen met fotolithographiemasker twee dat overeenkomt met de metalen interconnecties en ingangs-, uitgangspads. Stel bloot aan een H-lijn dosis van 40 millijoule per vierkante centimeter, dompel vervolgens de wafer in een bak met CD-26 fotoresistontwikkelaar.

Roer de oplossing gedurende een minuut tot het patroon van metalen interconnecties volledig ontwikkeld is. Spoel de wafer gedurende een minuut in een bak met gedeïoniseerd water en droog af. Vervolgens thermisch verdampt u drie nanometer chroom gevolgd door 80 nanometer goud.

Dompel de wafer in een vlakke beker met remover PG gedurende ongeveer drie uur, tot het metaal volledig is ondergesneden, waardoor het metaal alleen overblijft in de gewenste interconnectie- en ingangs-, uitgangspadgebieden van mesh-elektronica. Herhaal het spincoaten, litografie, verdamping en lift-off om drie nanometer chroom en 50 nanometer platina achter te laten in de elektrodegebieden. Vervolgens herhaalt u het spincoaten en de fotolitografie van SU-8 om de bovenste SU-8-meshlaag te definiëren.

Behandel de wafer met zuurstofplasma gedurende een minuut bij 50 watt. Dompel vervolgens de wafer in een nikkel-etsoplossing gedurende ongeveer drie uur, tot de mesh-elektronica volledig is vrijgemaakt van de siliciumwafer. Gebruik een Pasteurpipet om de vrijgemaakte mesh-elektronicasondes van nikkel-etsen over te brengen naar een 100 milliliter beker met gedeïoniseerd water.

Vervolgens brengt u de mesh-elektronica over naar een verse beker met gedeïoniseerd water minstens drie keer om te garanderen dat ze worden gespoeld. Om de mesh-elektronica in een naald te laden, steekt u een glazen capillaire naald in de 100 milliliter beker met PBS die de mesh-elektronica bevat. Plaats het uiteinde van de naald nabij de ingangs-, uitgangspads van een mesh-elektronicasonde en trekt u handmatig de spuit terug om een mesh-elektronicasonde in de naald te trekken.

Duwt en trekt u de spuitplunger terwijl deze nog in zoutoplossing is gedompeld om de positie van de mesh-elektronica in de naald aan te passen. Om mesh-elektronica in de hersenen van een muis te injecteren, gebruikt u een tandborstel en een stereotaxisch frame om een craniotomie te openen op de gewenste coördinaten op de schedel. Open een tweede craniotomie weg van de injectieplaats voor de inbrenging van een roestvrijstalen grafische schroef of draad.

Bevestig vervolgens een klemmend substraat aan de schedel met tandheelkundig cement. Een snede van ongeveer een millimeter breed in het substraat verbetert de betrouwbaarheid van de vouwfasen later in de procedure. Vervolgens monteert u de pipettenhouder met de naald die mesh-elektronica bevat in het stereotaxisch frame met behulp van een rechte hoek eindklem.

Bevestig de zijuitlaat van de pipettenhouder aan een vijf milliliter spuit die is bevestigd aan een spuitpomp met een capillair buis van 0,5 tot één meter lang. Gebruik vervolgens het stereotaxisch frame om de punt van de naald te positioneren op de gewenste startlocatie in de hersenen. Positioneer de camera om de bovenkant van de mesh-elektronicasonde binnen de glazen naald weer te geven.

Start de stroom door de spuitpomp in te stellen op een lage snelheid en op start te drukken. Verhoog langzaam de stroomsnelheid als de mesh-elektronicasonde zich niet binnen de naald beweegt. Zodra de mesh-elektronicasonde zich begint te bewegen binnen de naald, gebruikt u het stereotaxisch frame om de naald met dezelfde snelheid terug te trekken waarmee de mesh-elektronicasonde wordt geïnjecteerd, met behulp van de gemarkeerde oorspronkelijke positie van mesh-elektronica als gids.

Ga door met het doorstromen van zoutoplossing en het terugtrekken van de naald totdat de naald de schedel heeft verlaten. Stop vervolgens de stroom van de spuitpomp. Gebruik in deze procedure het stereotaxisch frame om de naald zorgvuldig te leiden naar het platte, flexibele kabelklemmende substraat in over de opening, waarbij de oplossing met de spuitpomp wordt doorgelaten om een losheid in de mesh-elektronica-interconnecties te genereren.

Zodra de naald boven het klemmende substraat en over de opening is, hervat u de stroom op een hoge snelheid om de mesh-elektronica-invoer- en uitvoerpads op het klemmende substraat te injecteren. Gebruik pincetten en een pipette van gedeïoniseerd