Gerichte ionen straal-lithografie voor etch nano-architecturen in micro elektroden

Het gebruik van gerichte ionenbundel lithografie, of FIB, stelt onderzoekers in staat om de interactie tussen het celoppervlak te verbeteren door materiaaloppervlakken te ontwerpen die de biocompatibiliteit en integratie met het inheemse weefsel hebben verhoogd. Met FIB kunnen functies worden geëtst op een verscheidenheid aan materialen, zoals silicium, metalen en polymeren. Niet-vlakke oppervlakken kunnen ook worden gebruikt en nabewerking kan worden uitgevoerd op individuele apparaten.

In het algemeen kan deze methode worden gebruikt op andere microscopen. Echter, verschillende microscoop fabrikanten hebben unieke versies van de patroonsoftware, die moet worden geoptimaliseerd voor elk systeem. Het aantonen van de procedure, zal Miss Shreya Mahajan zijn, een afgestudeerde student van mijn laboratorium.

Om voor te bereiden op montage, gebruik fijn-getipte boring vacuüm tangen zorgvuldig pick-up van de schone strook van silicium sondes. Plaats ze op een schone aluminium stomp gebruikt voor het scannen elektronenmicroscoop FIB imaging en etsen. Gebruik een tandenstoker om een kleine druppel zilver verf te plaatsen op de rand van het silicium substraat rond de sonde.

Zet de strip vast door de zilveren verf over de zijkanten van het siliciumsubstraat rond de sonde te verspreiden. Laat de zilveren verf volledig drogen voordat u de aluminium stomp in de SEM FIB plaatst. Klik vervolgens op de ventknop op het tabblad Beam Control om de SEM FIB-kamer te ventileren.

Druk op Shift F3 om de startfase uit te voeren. Bevestig de selectie door de knop Startfase in het pop-upvenster te selecteren. Nadat de home stage is voltooid, verplaatst u het podium naar coördinaten X=70 millimeter, Y=70 millimeter, Z=0 millimeter, T=0 graden, R=0 graden.

Zodra de kamer is geventileerd, op schone nitril handschoenen en open de kamer deur. Plaats de aluminium stomp met de sondes in de bovenkant van de stageadapter. Zet de aluminium stomp vast door de ingestelde schroef aan de zijkant van de podiumadapter aan te draaien.

Zorg ervoor dat de hoogte op de juiste manier wordt afgesteld. Gebruik de 1,5 millimeter hex moersleutel voor deze taak. Voorzichtig swing de navigatie camera arm open totdat deze stopt.

De microscoopfase wordt automatisch verplaatst naar een positie onder de camera. Bekijk de live afbeelding getoond in Kwadrant Drie van de microscoop gebruikersinterface. Zodra het helderheidsniveau automatisch wordt aangepast aan een geschikt niveau, verkrijgt u het beeld door de knop op de camerabeugel te drukken.

Dit duurt ongeveer 10 seconden. Zwaai de cameraarm terug naar de gesloten positie. Het podium keert terug naar de oorspronkelijke positie.

Sluit voorzichtig de deur van de microscoopkamer. Bekijk het CCD-camerabeeld in Quadrant Four terwijl u de deur sluit. Zorg ervoor dat de monsters en het podium op een veilige afstand van een kritieke component in de microscoopkamer liggen.

Selecteer de knop Pomp met monsterreiniging in de gebruikersinterfacesoftware om de kamerstofzuigerpomp en de ingebouwde plasmareiniger te starten. Wacht ongeveer acht minuten tot de pomptijd en de plasmareinigingscyclus van de microscoopkamer moeten worden voltooid. Zodra het pictogram in de rechterbenedenhoek van de gebruikersinterface groen wordt, drukt u op de knop Wake Up in het tabblad bundelbediening dat het elektron en de ionenstralen ingaat.

Selecteer Quadrant One en stel het straalsignaal in op Electron Beam. Stel dan Quadrant 2 in op Ion Beam. Stel nu de SEM-spanning in op vijf kilovolt, de SEM-straalstroom op 0,20 nanoamps, de SEM Detector op ETD, en de Detector Mode op secundaire elektronen.

Stel de FIB Voltage in op 30 kilovolts, de FIB-straal op 24 picoamps, de FIB Detector op ICE Detector en detectormodus op het secundaire elektron. Dubbelklik op de siliciumsonde in het beeld van de navigatiecamera, Kwadrant Drie om het podium naar de geschatte locatie van de sonde te verplaatsen. Klik op Quadrant One om het als actief kwadrant te selecteren en druk op de pauzeknop om SEM-scannen te starten.

Stel de scantijd in op 300 nanoseconden en schakel Scan Interlacing, Line Integration en Frame Averaging uit. Scanrotatie instellen op nul op het tabblad Bundelbesturingselement. Klik met de rechtermuisknop op de Beam Shift 2D-regelaar en selecteer nul.

Pas de vergroting aan de minimumwaarde aan door de vergrotingsknop tegen de klok in op het gebruikersinterfacepaneel van de microscoop te draaien. Pas de helderheid en het contrast van de afbeelding aan met de knoppen op het deelvenster gebruikersinterface of het pictogram voor de helderheid van automatisch contrast. Verplaats het podium door dubbel naar links te klikken op de muis op een functie om het te centreren.

Beweeg vervolgens de gewenste siliciumsonde om in het midden van het SEM-beeld te worden gesysileerd. Zoek een rand of andere functie, zoals een stofdeeltje of kras. Verhoog de vergroting tot 2000x door de vergrotingsknop met de klok mee te draaien.

Pas de focus van de SEM aan door de grove en fijne scherpstelknoppen op de gebruikersinterface van de microscoop te draaien, totdat het beeld scherp is. Zodra de afbeelding scherp is, selecteert u de knop Voorbeeld Z koppelen aan werkafstand op de werkbalk. Controleer of de bewerking is voltooid door de coördinaten van de Z-as in het navigatietabblad te bekijken.

De waarde moet ongeveer 11 millimeter zijn. Typ 4,0 millimeter in de Z-asstand en druk met de muis op de knop Ga naar. Verplaats het podium in X en Y om de schouder van de siliciumsonde te lokaliseren.

Plaats het zo dicht mogelijk bij het midden van de SEM mogelijk. Verander de fasekanteling in 52 graden door 52 in de T-coördinaat in te typen en enter te raken. Let op of de schouder van de sonde omhoog of omlaag lijkt te bewegen in de afbeelding.

Gebruik de schuifregelaar Fase Z om de schouder van de sonde terug te brengen naar het midden van de SEM-afbeelding. Pas alleen de Z-positie aan. Beweeg de X-, Y-, T- of R-as niet.

Voer de ingebouwde XT Align-functie uit in het vervolgkeuzemenu stage. Gebruik de muis om op twee punten te klikken die parallel aan de rand van de sonde zijn. Mae zeker dat de horizontale keuzerondje is geselecteerd in het pop-upvenster en klik op Voltooien.

Het werkgebied draait om de sonde uit te lijnen met de X-as van het werkgebied. Pas het stadium in XY aan met de muis om de onderste schouder van de sonde weer in het midden van de SEM-afbeelding te plaatsen. Selecteer de FIB in Kwadrant Twee en zorg ervoor dat de straalstroom nog steeds 24 picoamps is.

Stel de vergroting in op 5000X en de verblijfstijd op 100 nanoseconden. Typ Control-F op het toetsenbord om de FIB-focus in te stellen op 13 millimeter. Klik op het tabblad Bundelbesturingselement met de rechtermuisknop in de 2D-regelaar stigmator en selecteer nul.

Klik ook met de rechtermuisknop in de Beam Shift 2D-regelaar en selecteer nul. Stel de scanrotatie in op nulgraden en klik op de helderheidsknop automatisch contrast op de werkbalk. Zoek naar een afbeelding van de sondeschouder in Kwadrant Twee.

Gebruik het momentopnamegereedschap om een afbeelding in de FIB te verkrijgen. Bevestig dat de sondeschouder zich in het midden van de FIB-afbeelding bevindt. Zo niet, dubbelklik op de sonde schouder om het te verplaatsen naar het midden.

Verplaats het podium naar links door ongeveer 10 tot 15 keer op de pijl-linkstoets op het toetsenbord te drukken. Neem nog een momentopname en kijk of de sondezijde zich nog in het midden van de FIB bevindt. Nadat u deze stappen hebt herhaald totdat de rand van de sondeschouder perfect is uitgelijnd met de X-as van het podium, gebruikt u de FIB om het podium terug te verplaatsen naar de onderste schouder van de sonde.

Sla de podiumpositie in de positielijst op door op de knop Toevoegen te klikken. Verander de FIB-straalstroom in 2,5 nanoamps en zorg ervoor dat de vergroting van de FIB nog steeds 5000X is. Voer de contrastfunctie met automatische helderheid uit en stel de FIB-verblijfstijd in op 100 nanoseconden.

Druk op de pauzeknop om te beginnen met scannen. Pas de FIB focus en astigmatisme zo snel en precies mogelijk aan met behulp van de grove en fijne scherpstelknoppen en de X en Y stigmator knoppen op het user interface panel. Druk op de pauzeknop om het FIB-scannen te stoppen.

Open binnen de Nanobuilder-software het bestand voor het patroon van de Silicon Probes. Selecteer het vervolgkeuzemenu Microscoop en selecteer Werkgebied origin instellen. Selecteer het vervolgkeuzemenu Microscoop en selecteer Vervolgens Detectoren kalibreren.

Klik op de gebruikersinterface van de microscoop één keer met de muis op Quad One om Quad One te selecteren. Klik op OK om de kalibratie te starten. Het proces duurt ongeveer vijf minuten.

Zorg ervoor dat de ETD- en ICE-detectoren kalibreren. Selecteer in de software het vervolgkeuzemenu Microscoop en kies Uitvoeren om de patroonreeks te starten. Wanneer het patroon is voltooid, sluit u de software.

Hit Vent in de microscoop gebruikersinterface Beam Control tabblad uit te schakelen van de microscoop balken en start de vent cyclus. Terwijl de kamer ontluchting, verplaats het podium naar de geschikte coördinaten. Zodra de kamer is geventileerd, op schone nitril handschoenen en trek de kamer deur.

Maak de ingestelde schroef op de stompadapter los met de 1,5 millimeter hex moersleutel. Verwijder de aluminium stomp met de patroonsonde uit de kamer. Sluit voorzichtig de deur van de microscoopkamer.

Bekijk het CCD-camerabeeld in Quadrant Four terwijl u de deur sluit. Zorg ervoor dat de stageadapter op een veilige afstand van een kritieke component in de microscoopkamer ligt. Hier getoond zijn SEM beelden van de niet-functionele single-shank silicium sondes met FIB-geëtste nano-architecturen langs de achterkant van de steel.

De laatste afmetingen van de geëtste nano-architectuur waren 200 nanometer brede parallelle lijnen verdeeld 300 nanometer uit elkaar en had een diepte van 200 nanometer. Om te bepalen hoe het etsen van nano-architecturen in het oppervlak van de sonde de neuronale dichtheid onmiddellijk rond het implantaat beïnvloedt, werden de neuronale nucleii gekleurd en gekwantificeerd. Neuronale overleving wordt gepresenteerd als een percentage van de achtergrond regio van dezelfde dieren afstanden van 50 micron bakken uit de buurt van het implantaat site.

Er waren aanzienlijk meer neuronen rond de nano-architectuur sondes op 100 tot 150 micron afstand van het implantaat site in vergelijking met de gladde controle implantaten op vier weken na implantatie. Nano-architecturen werden ook FIB geëtst langs de achterkant van functionele single shank silicium micro-elektroden en elektrofysiologische metingen werden gekwantificeerd om te onderzoeken hoe ets nano-architecturen van invloed op de elektrode prestaties. Elektrofysiologische resultaten toonden verhoogde percentages van kanalen die enkele eenheden van de nano-architectuurmicro-elektroden opnamen in vergelijking met de vlotte controlemicro-elektroden registreren.

Er werd geen statistische analyse uitgevoerd voor de micro-elektrodrode van de nanoarchitectuur omdat slechts één werd geïmplanteerd voor een proof of concept pilot studie. FIB-eting stelt onderzoekers in staat om te onderzoeken hoe de toevoeging van topografische signalen op medische apparaten de cellulaire respons en uiteindelijk de prestaties van het apparaat kan verbeteren. De breedte van medische hulpmiddelen waarop deze methoden kunnen worden toegepast is grenzeloos, omdat FIB kan worden uitgevoerd op een reeks materialen, oppervlaktegeometrie en vooral reeds vervaardigde apparaten.