Name: Hulpmiddelen voor oppervlaktebehandeling van siliciumplanaire intracorticale micro-elektroden (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-06-08T12:50:00.000+00:00
Duration: 6 min 39 s
Description: Leer oppervlaktebehandeling van intracorticale micro-elektroden via gasfasedepositie en waterige reacties. Deze methode behoudt de integriteit van het apparaat tijdens langdurige behandelingen en verbetert de prestaties.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Deze studie werd gedeeltelijk ondersteund door Merit Review Award IRX002611 (Capadona) en Research Career Scientist Award IK6RX003077 (Capadona) van het United States (US) Department of Veterans Affairs Rehabilitation Research and Development Service. Bovendien werd dit werk ook gedeeltelijk ondersteund door het National Institute of Health, het National Institute of Neurological Disorders and Stroke R01NS110823 (Capadona / Pancrazio) en het National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (Krebs).

Alle coderingsbestanden voor 3D-printen worden geleverd in Aanvullende coderingsbestanden 1-16. De analyse in de representatieve resultaten wordt beschreven met behulp van commercieel verworven functionele silicium planaire elektrode arrays (zie materiaaltabel).
1. Handling assemblage voor gasfase depositie in een vacuüm exsiccator
OPMERKING: Het geassembleerde apparaat voor het hanteren en vasthouden van inrichtingen tijdens gasfasedepositie is weergegeven in figuur 3. In de stappen 1.1-1.8 wordt de procedure beschreven die nodig is om de inrichtingen in het apparaat te plaatsen voor depositie (figuur 4A).
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63500/63500fig03.jpg"> Figuur 3: Assemblage van 3D-geprinte stukken voor het hanteren van functionele apparaten tijdens gasfaseafzetting. De assemblage wordt afgebeeld zonder monsters die moeten worden gecoat. Schroeven en vleugelmoeren worden gebruikt om stukken 1A en 2B aan elkaar te bevestigen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63500/63500fig03large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63500/63500fig04.jpg"> Figuur 4: Afbeelding van assemblage en plaatsing van te coaten monsters. Dit schema beschrijft de hantering van functionele apparaten tijdens gasfasedepositie die is beveiligd in een vacuümdesiccator. (A) Dubbelzijdige polyimidetape geplaatst op stuk 1A en schuimtape op 1B. (B) Apparaten bevestigd op tape. (C) Schroeven en vleugelmoeren worden gebruikt om stukken 1B aan 1A te bevestigen en de assemblage wordt met ritskabelbinders (rode pijlen) aan de snijbak bevestigd. (D) 1 cm x 1 cm silicium vierkante monsters worden in de respectieve houders geplaatst. (E) De aluminium weegschaal en manometer worden in de aangegeven richting in de exsiccator geplaatst. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63500/63500fig04large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<ol><li>Voor oppervlaktebehandeling, verkrijg 1 cm x 1 cm vierkante monsters van het substraatmateriaal van de apparaten.<ol>
<li>Voor siliciummonsters (geselecteerd voor dit protocol), snijdt u de siliciumwafer in vierkanten van 1 cm x 1 cm met behulp van een waferblokjesmachine (zie Materiaaltabel).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Druk stukken 1A (figuur 1A, aanvullend coderingsbestand 1, aanvullend coderingsbestand 2) en 1B (figuur 1B, aanvullend coderingsbestand 3, aanvullend coderingsbestand 4) af of verkrijg ze.</li>
	<li>Bevestig dubbelzijdige polyimidetape aan stuk 1A en bevestig 1/8 " dikke schuimstrip met éénzijdige lijm aan stuk 1B.</li>
	<li>Bevestig de connectorverpakking van het apparaat op de tape op stuk 1A. OPMERKING: De ideale oriëntatie van de connector op de tape laat de schacht over de rand hangen, zoals weergegeven in figuur 4B.</li>
	<li>Veilig stuk 1A en stuk 1B samen (figuur 4C). Lijn de gaten uit en zet vast met roestvrijstalen schroeven en vleugelmoeren (zie Materiaaltabel).</li>
	<li>Bevestig de montage met behulp van ritsbanden aan de vacuümsiccatorlade met behulp van de gaten in de bodem van stuk 1A, zoals weergegeven in figuur 4C.</li>
	<li>Plaats indien van toepassing vierkante materiaalmonsters in de spleten aan de onderkant van het frame (figuur 4D). Hier worden 1 cm x 1 cm vierkante silicium wafer in blokjes gesneden monsters als voorbeeld gebruikt. OPMERKING: Het exacte materiaal moet overeenkomen met het substraat van het behandelde apparaat, dat afhankelijk is van het apparaat.</li>
	<li>Voltooi de gasfasedepositie door de oplossing in een geschikt recipiënt in de vacuümdesiccator tegenover en in overeenstemming met de beveiligde assemblage te plaatsen. OPMERKING: Aluminium weegschalen werden gebruikt als recipiënten voor de (3-aminopropyl) triethoxysilaan (APTES) afzetting, als voorbeeld hier.<ol>
<li>Plaats een vacuümmeter (zie Materiaaltabel) in de exsiccator om de exacte druk te registreren. Plaats de poort van het deksel van desiccator in de buurt van de beveiligde assemblage en in overeenstemming met de oplossing (figuur 4E). OPMERKING: Verdere details over deze methode van gasfasedepositie worden beschreven in een eerder gepubliceerde referentie49.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Handling assemblage voor oppervlaktereactie via waterige oplossing
OPMERKING: De onderdelen en geassembleerde apparaten voor het hanteren en vasthouden van inrichtingen tijdens de afzetting in waterige fasen en oppervlaktebehandeling zijn geïllustreerd in de figuren 5-7. In de volgende stappen wordt de procedure beschreven die nodig is om de apparaten in het apparaat te plaatsen voor afzetting en behandeling.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63500/63500fig05.jpg"> Figuur 5: Assemblage van 3D-geprinte stukken voor het hanteren van functionele voorzieningen voor de oppervlaktereactie die optreedt in waterige oplossing. (A) Geleidingsstuk dat op het deksel van de kweekplaat moet worden gelijmd. (B) Het stuk tafelblad werd gebruikt om stukken (C) en (D) te stabiliseren tijdens het monteren. C) en (D) samen de ophanging van inrichtingen voor plaatsing in de putplaat beveiligen. (E) bevestigt verder stukken (C) en (D) aan het deksel van de putplaat. Dubbelzijdige polyimidetape werd op het onderste deel van (C) geplaatst en schuimtape werd op het onderste deel van (D) geplaatst (beide rood verpakt). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63500/63500fig05large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63500/63500fig06.jpg"> Figuur 6: Celkweekplaatdeksel geconstrueerd met 6 geleiders (stuk 2A). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63500/63500fig06large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63500/63500fig07.jpg"> Figuur 7: Volgorde voor het vastzetten en laden van sondes voor oplossingsreactie. De kleur van de onderdelen is in deze figuur gewijzigd voor duidelijkheid in de afbeelding. Dit zijn dezelfde onderdelen als figuur 5 en figuur 6. (A) Stuk 2C wordt in stuk 2B geplaatst en het apparaat wordt bevestigd aan het afgeplakte deel van 2C. (B) Stuk 2D past in stuk 2C om een assemblage te maken die de schacht van het apparaat ophangt. (C) De assemblage van 2C, 2D en het apparaat wordt zorgvuldig op het deksel van de putplaat geplaatst met behulp van de geleider. (D) Stuk 2E past bovenop het samenstel om het deksel verder vast te zetten. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63500/63500fig07large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<ol><li>Maak een deksel voor de putplaat om de elektrode-array van het apparaat in oplossing op te hangen (figuur 6). Dit protocol beschrijft het gebruik van een 24-well plaat.<ol>
<li>Snijd rechthoekige gaten 19 mm x 10,5 mm in het deksel van de putplaat met behulp van een lasersnijder of handmatig met een stanleymes. Stem het aantal gaten af op het aantal apparaten dat gewenst is voor de behandeling. OPMERKING: Voor het gemak van montage wordt aanbevolen om zes apparaten per putplaat te behandelen, of op zijn minst gaten over niet-aangrenzende putten te plaatsen (figuur 6).</li>
		<li>Druk of verkrijg het juiste aantal gidsen (stuk 2A (figuur 2A), aanvullend coderingsbestand 5, aanvullend coderingsbestand 6).</li>
		<li>Gebruik cyanoacrylaatlijm om geleiders naar het deksel te bevestigen. Lijn de rechthoekige gaten in de geleiders en deksels uit tijdens het lijmen om ervoor te zorgen dat het rechthoekige gat van de geleider vrij is, zoals weergegeven in figuur 6.</li>
	</ol></li>
	<li>Vul de putplaat met de gewenste oplossing op locaties waar de behandeling zal plaatsvinden. De oplossing bestaat bijvoorbeeld uit EDC en Sulfo-NHS (zie Tabel van materialen) in MES-buffer. OPMERKING: Het volume van de oplossing is afhankelijk van de afmetingen van het elektrodeapparaat. Voor micro-elektrode arrays in Michigan-stijl (zie Materiaaltabel) met low-profile connectoren van 8,6 mm en een schachtlengte van 3 mm, is er ~9 mm speling50. Het gebruik van 2 ml oplossing zorgt ervoor dat de schacht van het apparaat volledig wordt ondergedompeld terwijl de rest van het apparaat uit de reactieoplossing wordt gehouden.<ol>
<li>Als substraatmonsters worden gebruikt om de oppervlaktebehandeling te bevestigen, plaatst u vierkante materiaalmonsters in een put van de plaat en dompelt u ze onder in de reactieoplossing.</li>
	</ol></li>
	<li>Hang de apparaten (zie Materiaaltabel) veilig op in een putplaat. De volgorde is weergegeven in figuur 7.<ol>
<li>Bandstuk 2B (figuur 2B, aanvullend coderingsbestand 7, aanvullend coderingsbestand 8) naar een werkblad (figuur 7A).</li>
		<li>Plaats dubbelzijdige polyimidetape om de basis van stuk 2C te bedekken (figuur 2C, aanvullend coderingsbestand 9, aanvullend coderingsbestand 10).</li>
		<li>Plaats 1/8" schuimtape met enkelzijdige lijm om de basis van stuk 2D te bedekken (figuur 2D, aanvullend coderingsbestand 11, aanvullend coderingsbestand 12).</li>
		<li>Plaats stuk 2C in de groef van stuk 2B (figuur 7A).</li>
		<li>Plak de connectorverpakking van het apparaat georiënteerd op de tape, zodat de lengte van de apparaatschacht wordt opgehangen (figuur 7B).</li>
		<li>Zet het apparaat vast door stuk 2D (oranje weergegeven in figuur 7) in stuk 2C te schuiven. Deze assemblage beveiligt het apparaat effectief tussen de gereedschapsstukken (figuur 7B).</li>
		<li>Houd de randen van de assemblage vast en til voorzichtig op om uit stuk 2A te verwijderen.</li>
		<li>Plaats het samenstel in het deksel door de naar buiten gerichte halve cirkels op de stukken 2C en 2D uit te lijnen met de overeenkomstige geleiders op stuk 2A (groen weergegeven in figuur 7C).</li>
		<li>Veilige montageplaatsing door op stuk 2E (figuur 2E) over de geleiders te drukken (groen weergegeven in figuur 7D, aanvullend coderingsbestand 13, aanvullend coderingsbestand 14).</li>
		<li>Voor reacties die baat hebben bij continue menging van de oplossing, roert u de putplaat. Breng de gemonteerde putplaat over naar een schudtafel en draai met snelheden onder de 100 tpm.</li>
	</ol></li>
	<li>Als meerdere oplossingsgerichte reacties of wasstappen gewenst zijn, breng het deksel dan voorzichtig over naar een nieuwe putplaat met de gewenste oplossing (en) verdeeld over de juiste putten. OPMERKING: Stap 2.4 is optioneel.</li>
	<li>Verwijder apparaten van de putplaat.<ol>
<li>Tapestuk 2B naar een benchtop.</li>
		<li>Haal stuk 2E uit het deksel.</li>
		<li>Verwijder voorzichtig de assemblage die het apparaat vasthoudt van de putplaat.</li>
		<li>Oriënteer de montage, zodat stuk 2C naar het tafelblad is gericht en stuk 2D naar boven is gericht. De schacht van het apparaat moet evenwijdig zijn aan het tafelblad. Monteer stuk 2C van de assemblage in stuk 2B zoals eerder is voltooid (stap 2.3.4) bij het in elkaar passen van de assemblage.</li>
		<li>Scheid stuk 2D van stuk 2C door ze voorzichtig uit elkaar te trekken. Oefen lichte druk uit op de lipjes van stuk 2C in de bank om stabiliteit voor deze taak te bieden. OPMERKING: De tabbladen van 2C zijn langer dan die van 2D om deze verwerking te vergemakkelijken.</li>
		<li>Gebruik een tang om de connectorverpakking van het apparaat vast te houden om van de tape te verwijderen en het apparaat over te brengen naar de gewenste opslagcontainer.</li>
	</ol></li>
</ol>

De inhoud vertegenwoordigt niet de standpunten van het Amerikaanse ministerie van Veteranenzaken, de National Institutes of Health of de regering van de Verenigde Staten.

Het beschreven protocol is ontworpen voor de oppervlaktebehandeling van silicium planaire micro-elektrode arrays. De 3D-geprinte tools zijn aangepast aan Micro-elektrode-arrays in Michigan-stijl met low-profile connectoren50. Niet-functionele sondes werden geassembleerd door een siliciumsonde aan 3D-geprinte tabbladen te hechten met behulp van een biocompatibele lijm. De 3D-geprinte tabbladen zijn ontworpen met vergelijkbare afmetingen als de connectoren die zijn opgenomen op de in de handel verkr...

Neuroprothesen zijn gericht op het herstellen van verminderde of afwezige sensorische en motorische vaardigheden in een breed scala van patiëntenpopulaties, waaronder die met een dwarslaesie, Amyotrofische Laterale Sclerose (ALS), hersenverlamming en amputaties 1,2,3. Intracorticale micro-elektroden (IME's) kunnen een communicatieroute tot stand brengen tussen corticale neuronen en de apparaten die worden gebruikt om neuroprothesen te controleren. Een duidelijk voordeel van intracorticale micro-elektroden is hun vermogen om neurale signalen op te nemen met de hoge ruimtelijke en temporele resolutie, wat de voorkeur heeft voor de daaropvolgende signaalverwerking en controle van hersen-computerinterfaces 4,5. Helaas neemt de prestatie van intracorticale micro-elektroden binnen enkele maanden tot een jaar na implantatie drastisch af 2,6,7,8. Het verlies van signaalkwaliteit en stabiliteit heeft een negatieve invloed op de toepassing van de technologie.
Een belangrijke bijdrage aan de waargenomen prestatiedaling is de biotische respons op implantatie-geassocieerde weefselschade en chronische neuro-inflammatie 9,10,11. Implantatie van IME's brengt schade toe aan hersenweefsel, wat resulteert in het vrijkomen van signaalmoleculen die cascades van reactionaire cellulaire verdedigingsprocessen initiëren. Chronische interfacing verergert de reactie van het vreemde lichaam, wat leidt tot aanhoudende neuro-inflammatie die weefsel proximaal aan het apparaat beschadigt; vaak herkend als symptomen van neuro-inflammatie, littekens en lokale neurodegeneratie die bijdragen aan de afname van de opname van de signaalkwaliteit 12,13,14,15. Bestaande uit een dicht conglomeraat van astrocyten met meegevoerde geactiveerde microglia en macrofagen, creëert het litteken dat de elektrode inkapselt een ongunstige lokale omgeving met verminderd materiaaltransport en lokale accumulatie van ontstekingsfactoren 16,15,16,17,18.
Veel studies hebben de reactie van de hersenen op intracorticale micro-elektroden beschreven of benaderingen om de respons te verminderen7. Onderzoek en ontwikkeling naar het verbeteren van de weefselrespons hebben een reeks strategieën omvat, waaronder wijzigingen in de algehele structuur, oppervlaktetopologie, materialen en coatingstoepassing. Deze inspanningen zijn bedoeld om de schade als gevolg van de implantatie te minimaliseren, een gunstiger interface tussen het apparaat en proximale cellen te introduceren of de weefselspanning te verminderen nadat apparaten zijn geïmplanteerd7. Methoden die specifiek gericht zijn op de chronische biologische respons hebben geleid tot verschillende bioactieve coatings die gericht zijn op het stabiliseren van de implantatieplaats en het chemisch bevorderen van de gezondheid van cellen. Voorbeelden zijn geleidende polymeren zoals poly(ethyleendioxythiofeen) (PEDOT)19,20, koolstofnanobuisjes21, hydrogels22 en de toevoeging van bioactieve moleculen en geneesmiddelen om specifieke cellulaire processen aan te pakken23,24,25. Onze onderzoeksgroep heeft in het bijzonder vele mechanismen onderzocht om een vermindering van de ontstekingsreactie op geïmplanteerde micro-elektroden te bevorderen, waaronder, maar niet beperkt tot, het minimaliseren van het trauma geassocieerd met implantatie van het apparaat26, het minimaliseren van de afwijking van de apparaat / weefselstijfheidmismatch 27,28,29,30,31,32,33, optimalisatie van sterilisatie procedures34,35, vermindering van oxidatieve stress/schade 28,36,37,38,39,40,41,42, onderzoek naar alternatieve elektrodematerialen43 en nabootsing van de nano-architectuur van de natuurlijke extracellulaire matrix 44,45,46 . Recente interesse is de ontwikkeling van biomimetische oppervlaktecoatings om de neuro-inflammatoire respons op de micro-elektrode weefselinterface directte verminderen 39.
Modificatie van de interface biedt het unieke voordeel van het direct richten op de wond en het proximale weefsel dat nodig is voor signaalopname. Een oppervlaktebehandeling die genezing bevordert zonder de immuunrespons te verergeren, kan de levensduur van kwaliteitsregistratie ten goede komen en beperkingen wegnemen bij het realiseren van het therapeutische en onderzoekspotentieel van intracorticale micro-elektroden. Het gepresenteerde werk beschrijft methoden voor het toepassen van oppervlaktebehandelingen op micro-elektrode-arrays die langere reactietijden vereisen terwijl de kwetsbaarheid van de apparaten wordt aangepast. De gepresenteerde techniek is bedoeld om methoden voor oppervlaktemodificatie te delen met functionele hulpmiddelen waarbij het apparaat niet tijdens de behandelingstoepassing kan worden gehanteerd. De tools worden gepresenteerd voor het omgaan met niet-functionele dummy-sondes en functionele siliciumplanaire micro-elektrode-arrays.
De gepresenteerde aanpak om het elektrodeoppervlak te wijzigen, maakt de veilige suspensie van niet-functionele dummy-sondes of functionele siliciumplanaire elektrode-arrays mogelijk voor gasfaseafzetting en reactie met waterige oplossingen. Verschillende 3D-geprinte stukken worden gebruikt om deze fragiele apparaten te hanteren (figuur 1 en figuur 2). Er wordt een voorbeeld gegeven van een procedure die zowel gas- als oplossingsfasestappen gebruikt voor de oppervlaktemodificatie met een antioxidatieve coating waarbij Mn (III) tetrakis (4-benzoëzuur) porfyrine (MnTBAP) wordt geïmmobiliseerd. MnTBAP is een synthetische metalloporfyrine met antioxiderende eigenschappen met aangetoonde bemiddeling van ontsteking47,48. Het gegeven voorbeeld over functionele silicium planaire elektrode arrays valideert een update van een eerder gerapporteerd protocol voor niet-functionele apparaten40. De aanpassing van een gasfasedepositietechniek van Munief et al. ondersteunt de compatibiliteit van het protocol met functionele elektroden49. De gasfasedepositie wordt gebruikt om het oppervlak te functionaliseren ter voorbereiding op de waterige reactie waarbij carbodiimide crosslinkerchemie betrokken is om de actieve MnTBAP te immobiliseren. De hier ontwikkelde handlingmethodologie wordt geleverd als een platform dat kan worden aangepast aan andere coatings en soortgelijke apparaten.
Het protocol illustreert de aanpak met behulp van niet-functionele dummy-sondes bestaande uit een siliconen schacht en een 3D-geprint tabblad met vergelijkbare afmetingen als de functionele siliciumplanaire elektrodearrays. De connectorverpakking van het apparaat wordt beschouwd als analoog aan het 3D-geprinte tabblad van de niet-functionele dummy-sonde in de meegeleverde instructie.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63500/63500fig01.jpg"> Figuur 1: 3D-geprinte stukken voor het hanteren van functionele apparaten tijdens de gasfaseafzetting in een vacuümdesiccator. (A) De basis van de structuur omvat houders voor 1 cm x 1 cm monster silicium vierkanten (bovenste pijl) en gaten voor bevestiging aan desiccatorplaat (onderste pijl). (B) De plaat wordt gebruikt om de ophanging van apparaten vast te zetten. Vanaf hier wordt elk stuk in deze figuur aangeduid als stuk 1A of 1B. Schaalbalk = 1 cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63500/63500fig01large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63500/63500fig02.jpg"> Figuur 2: 3D-geprinte stukken voor het hanteren van functionele voorzieningen voor de oppervlaktereactie die optreedt in de waterige oplossing. (A) Geleidingsstuk dat op het deksel van de kweekplaat moet worden gelijmd. (B) Benchtop-stukken die worden gebruikt om stukken (C) en (D) tijdens het assembleren te stabiliseren. (C) en (D) samen de ophanging van apparaten voor plaatsing in de putplaat vastzetten, en (E) bevestigt verder stukken (C) en (D) aan het deksel van de putplaat. Vanaf hier worden afzonderlijke stukken in elk paneel van deze figuur aangeduid als stuknummers die overeenkomen met het paneelnummer van deze figuur. Schaalbalk = 1 cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63500/63500fig02large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>

<table><tbody><tr><td>1-[3-(Dimethylamino)propyl]-3-ethylcarbodiimide methiodide (EDC)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>165344-1G</td><td>Solid, opgeslagen gedesiceerd bij -20 &deg;C</td></tr><tr><td>15 mL Conische centrifugebuizen</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-959-70C</td><td></td></tr><tr><td>18 pond solide nylon kabel/zip ties</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06830-66</td><td>Lengte 4 inch</td></tr><tr><td>2-(N-Morpholino)ethaansulfonzuur (MES)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>4432-31-9</td><td>Solid</td></tr><tr><td>3-aminopropyltriethoxysilaan (APTES)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>440140-100ML</td><td>Liquid, container met Sure/Seal</td></tr><tr><td>50 mL conische centrifugebuizen</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-959-49A</td><td></td></tr><tr><td>Aluminiumfolie</td><td>Fisher Scientific</td><td>01-213-103</td><td></td></tr><tr><td>Aluminium weegschalen</td><td>Fisher Scientific</td><td>08-732-102</td><td>Diameter 66 mm</td></tr><tr><td>Bel-Art Vacuum Desiccator</td><td>Fisher Scientific</td><td>08-594-15B</td><td></td></tr><tr><td>Corning Costar TC-behandelde meervoudige putjesplaten</td><td>Millipore Sigma</td><td>CLS3527-100EA</td><td>24-putjesplaat, polystyreen</td></tr><tr><td>Cyanoacrylaatlijm</td><td>LocTite</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Digitaal microscoop</td><td>Keyence</td><td>VHX-S750E</td><td></td></tr><tr><td>Disco DAD3350 Dicing Saw</td><td>Disco</td><td>DAD3350</td><td>Gebruikt om siliciumwafer in 1 cm x 1 cm monsters te snijden</td></tr><tr><td>Dubbelzijdig polyimidetape</td><td>Kapton Tape</td><td>PPTDE-1/4</td><td>&frac14;&rdquo; x 36 yds.</td></tr><tr><td>EP21LVMed &ndash; laag viscositeit, twee componenten epoxy compound</td><td>Masterbond</td><td>EP21LVMed</td><td>Voldoet aan USP Class VI certificering, slaagt voor ISO 10993-5 voor cytotoxiciteit</td></tr><tr><td>Epilog Fusion Pro 48 Laser Machine</td><td>Epilog</td><td>N/A</td><td>CO2 laser</td></tr><tr><td>Schuimtape</td><td>XFasten</td><td>N/A</td><td>1/8" Dik</td></tr><tr><td>Gamry Interface 1010E Potentiostaat</td><td>Gamry</td><td>992-00129</td><td></td></tr><tr><td>Hoge precisie 45&deg; gebogen taps toelopende zeer fijne punt pincetten/forceps</td><td>Fisher Scientific</td><td>12-000-131</td><td></td></tr><tr><td>Lab tape</td><td>Fisher Scientific</td><td>15-901-10L</td><td></td></tr><tr><td>Mn(III)tetrakis (4-benzoëzuur) porfyrine (MnTBAP)</td><td>EMD Millipore</td><td>475870-25MG</td><td>Solid, opgeslagen bij -20 &deg;C</td></tr><tr><td>N-Hydroxysulfosuccinimide natriumzout, &ge;98% (HPLC)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>56485-250MG</td><td>Solid, opgeslagen gedesiceerd bij 4&deg;C</td></tr><tr><td>Platinum geklauwde niobium gaasmanode</td><td>Technic</td><td>N/A</td><td>Bekleed met 125&mu;&rdquo; van platina aan één zijde, ingelijst in titanium met (1) 1&rdquo; x 6&rdquo; titanium band gecentreerd op één 6&rdquo; dimensie</td></tr><tr><td>SiliciuM Planar Microelektrode Array, 16 kanaal</td><td>NeuroNexus</td><td>A1x16-3mm-100-177-CM16LP</td><td>Elektrode site materiaal is irridium, schacht dikte is 15 &mu;m</td></tr><tr><td>Siliciumwafer</td><td>University Wafer</td><td>1575</td><td>Diameter 100 mm, p-type, boor-gedoteerd, 100 georiënteerd, resistiviteit 0.01-0.02 Ohm-cm, dikte 525 um, éénzijdig gepolijst, prime grade</td></tr><tr><td>Zilver/zilverchloride referentie-elektrode</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>Roestvrijstalen Phillips kruiskopschroeven</td><td>McMaster Carr</td><td>96877A629</td><td>#8-32, 1 1/2", volledig getrapt</td></tr><tr><td>Type I gedeïoniseerd water</td><td>ChemWorld</td><td>CW-DI1-20</td><td></td></tr><tr><td>Ultimaker 3 3D printer</td><td>Ultimaker</td><td>&nbsp;N/A</td><td></td></tr><tr><td>Ultimaker Cura</td><td>Ultimaker</td><td>N/A</td><td>3D print software</td></tr><tr><td>Ultimaker NFC ABS Filament</td><td>Dynamism, Inc.</td><td>1621</td><td>2.85 mm</td></tr><tr><td>Ultimaker NFC PLA Filament</td><td>Dynamism, Inc.</td><td>1609</td><td>2.85 mm</td></tr><tr><td>Vacuum Gauge Vacuum Gauge</td><td>Measureman Direct</td><td>N/A</td><td>Gevuld met glycerine, 2-1/2&rdquo; Dial Size, &frac14;&rdquo;NPT, -30&rdquo; Hg/-100kpa-0</td></tr><tr><td>Vleugelmoeren</td><td>Everbilt</td><td>934917</td><td>#8-32, verzinkt</td></tr></tbody></table>

hulpmiddelen voor oppervlaktebehandeling van siliciumplanaire intracorticale micro-elektroden

Tools for Surface Treatment of Silicon Planar Intracortical Microelectrodes

Intracorticale micro-elektroden hebben een groot therapeutisch potentieel. Maar ze worden uitgedaagd met een aanzienlijke prestatievermindering na een bescheiden implantatieduur. Een substantiële bijdrage aan de waargenomen achteruitgang is de schade aan het neurale weefsel proximaal aan het implantaat en de daaropvolgende neuro-inflammatoire respons. Inspanningen om de levensduur van het apparaat te verbeteren, omvatten chemische modificaties of coatingtoepassingen op het oppervlak van het apparaat om de weefselrespons te verbeteren. De ontwikkeling van dergelijke oppervlaktebehandelingen wordt meestal voltooid met behulp van niet-functionele "dummy" -sondes die de elektrische componenten missen die nodig zijn voor de beoogde toepassing. Vertaling naar functionele apparaten vereist extra aandacht gezien de kwetsbaarheid van intracorticale micro-elektrode arrays. Handlingtools vergemakkelijken oppervlaktebehandelingen aan geassembleerde apparaten aanzienlijk, met name voor modificaties die lange procedurele tijden vereisen. De hier beschreven handlingtools worden gebruikt voor oppervlaktebehandelingen die worden toegepast via gasfasedepositie en blootstelling aan waterige oplossingen. Karakterisering van de coating wordt uitgevoerd met behulp van ellipsometrie en röntgenfoto-elektronspectroscopie. Een vergelijking van opnames van elektrische impedantiemissiespectroscopie voor en na de coatingprocedure op functionele apparaten bevestigde de integriteit van het apparaat na wijziging. De beschreven hulpmiddelen kunnen gemakkelijk worden aangepast voor alternatieve elektrode-apparaten en behandelingsmethoden die de chemische compatibiliteit behouden.

Om het gebruik van de handlingcomponenten aan te tonen, werd de beschreven methodologie geïmplementeerd om de immobilisatie van een oxidant mediator aan te passen aan geactiveerd silicium. De toepassing van deze chemie op IME's om oxidatieve stress te verminderen werd bedacht door Potter-Baker et al. en gedemonstreerd op niet-functionele silicium dummy probes40. Deze oppervlaktebehandeling immobiliseert de antioxidant, MnTBAP, tot UV / ozon geactiveerd siliciumoppervlak via amine function...

Het huidige protocol beschrijft hulpmiddelen voor het omgaan met siliciumplanaire intracortische micro-elektroden tijdens behandelingen voor oppervlaktemodificatie via gasafzetting en waterige oplossingsreacties. De assemblage van de componenten die worden gebruikt om de apparaten tijdens de procedure te hanteren, wordt in detail uitgelegd.

Hulpmiddelen voor oppervlaktebehandeling van siliciumplanaire intracorticale micro-elektroden

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

Dit protocol biedt handling tools voor de oppervlaktemodificatie van intracorticale micro-elektrode-apparaten door gasfase-afzetting en waterige oplossingsreactie. Deze verwerkingsmethoden behouden de integriteit van het apparaat gedurende langere reactietijden. Methoden voor het hanteren van intracorticale micro-elektrode-apparaten worden vaak niet bekendgemaakt.Deze techniek kan de onderzoeksinspanningen ten goede komen om de prestaties van deze apparaten te verbeteren door oppervlaktebehandelingen en coatings te ontwikkelen. Om te beginnen, koop intracorticale micro-elektrode-apparaten of niet-functionele sondes voor oppervlaktebehandeling. Om het testen van materialen te vergemakkelijken, moet u vierkante monsters van één centimeter van het substraatmateriaal verkrijgen voor behandeling naast de apparaten.3D-print of verkrijg stukken 1A en 1B. Bevestig een dubbelzijdige polyimide tape op stuk 1A. Bevestig ook een 3,17 millimeter dikke schuimstrip met eenzijdige lijm aan stuk 1B.Bevestig vervolgens de connectorverpakking van het apparaat op de tape op stuk 1A. Verbind de stukken 1A en 1B door de gaten uit te lijnen en vast te zetten met roestvrijstalen schroeven en vleugelmoeren. Bevestig de montage aan de vacuümsiccatorlade met behulp van ritsbanden, met behulp van de gaten in de bodem van stuk 1A.Plaats vierkante materiaalmonsters in de spleten aan de onderkant van het frame. Plaats de oplossing in een geschikte recipiënt in het vacuümdeselicaat tegenover en in overeenstemming met de beveiligde assemblage. Plaats een vacuümmeter in de exsiccator om de exacte druk te registreren.Plaats vervolgens de poort van het uitgedroogde deksel in de buurt van de beveiligde assemblage en in lijn met de oplossing en voltooi de gasfaseafzetting. Snijd eerst rechthoekige gaten van afmetingen van 19 bij 10,5 millimeter in het deksel van de putplaat om de elektrode-array van het apparaat in oplossing op te hangen. 3D-print of verkrijg de gidsen.Lijn de rechthoekige gaten in de geleiders uit op de gaten in het deksel, zodat het gat in de geleider vrij is. Bevestig de geleiders aan het deksel met behulp van cyanoacrylaatlijm. Vul vervolgens de gewenste oplossing in de putten waar de behandeling zal plaatsvinden.Om de oppervlaktebehandeling te bevestigen, dompelt u de vierkante substraatmonsters onder in de reactieoplossing in een put van de plaat. Om het sonde-apparaat te monteren, tapestuk 2B op een tafelblad. Plaats een dubbelzijdige polyimidetape om de basis van stuk 2C te bedekken.Plaats ook een schuimtape van 3,17 millimeter met enkelzijdige lijm om de basis van stuk 2D te bedekken. Plaats vervolgens stuk 2C in de groef van stuk 2B. Plak de connectorverpakking van het apparaat op de tape, zo georiënteerd dat de lengte van de schacht van het apparaat wordt opgehangen.Beveilig het apparaat door stuk 2D in stuk 2C te schuiven. Houd de randen van de montage vast en til voorzichtig op om uit stuk 2B te verwijderen. Lijn de naar buiten gerichte halve cirkels op de stukken 2C en 2D uit met de overeenkomstige geleiders op stuk 2A om de montage in het deksel van de putplaat te passen.Veilige montageplaatsing door het persen van stuk 2E over de geleiders. Nadat u de apparaten in de putplaat hebt opgehangen, brengt u de assemblage over naar een shaker en draait u met snelheden onder de 100 rotaties per minuut. Voor reacties die meerdere oplossingen of wasstappen vereisen, brengt u het deksel voorzichtig over op een nieuwe putplaat met de gewenste oplossing in de juiste put.Na deze stap, tape stuk 2B naar een bankblad. Om apparaten van de putplaat te verwijderen, verwijdert u stuk 2E van het deksel. Verwijder vervolgens voorzichtig de montage door het apparaat vast te houden.Oriënteer de montage zodanig dat stuk 2C naar het tafelblad is gericht en stuk 2D naar boven is gericht. Lijn de schacht van het apparaat parallel aan het tafelblad uit. Monteer stuk 2C van de assemblage in stuk 2B.Oefen lichte druk uit op de lipjes van stuk 2C in de bank om stuk 2D van stuk 2C te scheiden. Verwijder met een tang de connectorverpakking van het apparaat van de tape en breng het apparaat over naar een opslagcontainer. De oppervlaktebehandeling van Michigan-stijl micro-elektrode arrays in silicium vierkante monsters werd gedemonstreerd met behulp van dit protocol.De gasfasedepositiemethode werd toegepast voor aminefunctionalisatie met behulp van APTES. Hierna werd carbodiimide cross-linking chemie gebruikt om mangaan TBAP te immobiliseren. Na depositie leverden ellipsometriemetingen van de siliciummonsters een gemiddelde APTES-laagdikte op van 8,5 angstroms, vergeleken met de theoretische monolaagdikte van 7 angstroms.Röntgenfoto-elektronenspectroscopieanalyse toonde een toename van het percentage atomaire concentraties van stikstof en koolstof na de gasfase APTES-behandeling, wat wijst op chemische afzetting. Evenzo werd mangaan gedetecteerd na de immobilisatie van de oplossingsfase. Verder toonde de Bode-plot voor elektrische impedantiemissiespectroscopieanalyse van de micro-elektrode-arrays geen statistisch verschil tussen de impedantiegrootheden voor en na het coatingproces.Zo werd een succesvolle coating van de elektrode-array uitgevoerd met behulp van de coatingprocessen. Dit protocol vergemakkelijkt oppervlaktemodificatie van intracorticale micro-elektroden door het risico op schade aan het apparaat te minimaliseren. Anderen in het veld kunnen de methodologie aanpassen aan hun apparaten en chemische procedures.

tools-for-surface-treatment-silicon-planar-intracortical

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

We presenteren een procedure voor het vormen van een poly (ethyleenglycol) zelf-geassembleerde monolaag (PEG-SAM) op een silicium substraat met gouden micro-elektroden. De PEG-SAM is gevormd in een enkele stap en voorkomt biofouling op silicium en goud oppervlakken. Elektroforese wordt dan gebruikt voor patronen biomoleculen naar de nanoschaal.

Antifouling zelf-geassembleerde monolagen op micro-elektroden voor Patterning Biomoleculen

Wij bieden nuttige informatie voor chirurgen die leren het proces van het implanteren van chronische neurale opname elektroden. Technieken voor doordringend oppervlak electrode zijn beschreven in een knaagdier diermodel.

Chirurgische Implantatie van chronische neurale elektroden voor opname Single Unit Activiteit en electrocorticografische signalen

Hier presenteren we een histologische methode voor het vastleggen, etikettering, optisch opruimen, en het afbeelden van de intacte hersenen weefsel-interface rond chronisch geïmplanteerde Microdevices in knaagdieren hersenweefsel. Resultaten van de technieken die deze methode bruikbaar voor het begrijpen van de invloed van verschillende penetrerende brain-implantaten hun omringende weefsel.

Intact Histologische Karakterisering van Brain-geïmplanteerde Microdevices en het omringende weefsel

Dit protocol beschrijft het gebruik van microschaal silicium consoles als buigzaam cultuur oppervlakken voor het meten van de contractiliteit van spiercellen in vitro. Cellular samentrekking cantilever buigen, die kan worden gemeten, geregistreerd en omgezet in uitlezingen van kracht, die een non-invasieve en schaalbaar systeem voor het meten contractiele functie in vitro.

Benutting van microschaal Silicon Cantilevers to Cellular contractiele functie Beoordelen In Vitro

Dit manuscript beschrijft een protocol om te groeien in vitro modulaire netwerken bestaande uit ruimtelijk beperkt, functioneel met elkaar verbonden neuronale circuits. Een polymere masker wordt gebruikt voor het patroon van een eiwit laag om cellulaire adhesie op het kweken substraat te bevorderen. Plated neuronen groeien op gecoat gebieden oprichting spontane verbindingen en vertonen elektrofysiologische activiteit.

Ontwerp, oppervlaktebehandeling, Cellular Plating, en het kweken van Modulair neuronale netwerken Samengesteld uit Functioneel Inter-verbonden Circuits

We ontwierpen een procedure waarin een formaldehyde-vaste menselijke cadaver wordt gebruikt bij neurochirurgen in opleiding voor de inplanting van micro-elektrode arrays in de neocortex van het menselijk brein.

Chirurgische opleiding voor de inplanting van Neocortical micro-elektrode Arrays gebruikmakend van een menselijk kadaver Formaldehyde-fixed-Model

Kalium ionen bijdragen tot de rustpotentiaal membraan van cellen en extracellulaire K+ concentratie is een cruciale regulator van cellulaire prikkelbaarheid. We beschrijven hoe te maken, te kalibreren en te gebruiken monopolaire K+-selectieve microelectrodes. Deze elektroden, kunt de meting van elektrisch evoked K+ concentratie dynamiek in volwassen hippocampal plakjes.

Maken, testen en het gebruik van kalium-Ion selectieve Microelectrodes in weefsel plakjes van volwassen hersenen

We hebben aangetoond dat het etsen van nano-architectuur in intracorticale micro-elektrode-apparaten de ontstekingsreactie kan verminderen en de potentie heeft om elektrofysiologische opnames te verbeteren. De hierin beschreven methoden schetsen een benadering van etch nano-architecturen in het oppervlak van niet-functionele en functionele enkelvoudige schacht silicium intracorticale micro elektroden.

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

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

Fabricage van Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays voor In Vivo Neural Recording

Een protocol voor metaalondersteunde chemische inprenting van 3D-microschaalkenmerken met vormnauwkeurigheid van minder dan 20 nm in vaste en poreuze siliciumwafers wordt gepresenteerd.

Metaalondersteunde elektrochemische nano-afdruk van poreuze en vaste siliciumwafers

Dit protocol schetst geavanceerde materiaalfabricage en ex vivo rattenhartmethoden voor optische en elektrische bidirectionele bio-interfacing, waardoor nauwkeurige hartstimulatie, registratie en infarctmodellering voor bio-elektronicaonderzoek mogelijk zijn.

Bidirectionele elektrische en opto-elektronische interfaces in gezonde en ischemische ex vivo rattenharten

Leer oppervlaktebehandeling van intracorticale micro-elektroden via gasfasedepositie en waterige reacties. Deze methode behoudt de integriteit van het apparaat tijdens langdurige behandelingen en verbetert de prestaties.

Hulpmiddelen voor oppervlaktebehandeling van siliciumplanaire intracorticale micro-elektroden

Meer video's verkennen