Narzędzia do obróbki powierzchniowej krzemowych płaskich mikroelektrod wewnątrzkorowych
8 czerwca 2022
Obecny protokół opisuje narzędzia do obsługi mikroelektrod wewnętrznych z krzemu podczas zabiegów modyfikacji powierzchni poprzez osadzanie gazu i reakcje roztworu wodnego. Szczegółowo wyjaśniono montaż komponentów używanych do obsługi urządzeń podczas całej procedury.
Protokół ten zapewnia narzędzia do modyfikacji powierzchni wewnątrzkorowych urządzeń mikroelektrodowych poprzez osadzanie w fazie gazowej i reakcję roztworu wodnego. Te metody obsługi utrzymują integralność urządzenia przez wydłużony czas reakcji. Metody postępowania z mikroelektrodami wewnątrzkorowymi często nie są ujawniane.
Technika ta może przynieść korzyści wysiłkom badawczym mającym na celu poprawę wydajności tych urządzeń poprzez opracowanie obróbki powierzchni i powłok. Na początek zaopatrz się w mikroelektrody wewnątrzkorowe lub niedziałające sondy do obróbki powierzchni. Aby ułatwić testowanie materiału, należy pobrać próbki materiału podłoża o powierzchni jednego centymetra kwadratowego do obróbki wraz z urządzeniami.
Wydrukuj 3D lub zdobądź elementy 1A i 1B. Przymocuj dwustronną taśmę poliimidową do elementu 1A. Przymocuj również pasek pianki o grubości 3,17 milimetra z jednostronnym klejem do elementu 1B.
Następnie przyklej opakowanie złącza urządzenia do taśmy na elemencie 1A. Połącz elementy 1A i 1B, wyrównując otwory i zabezpieczając za pomocą ze stali nierdzewnej i nakrętek motylkowych. Przymocuj zespół do tacki eksykatora próżniowego za pomocą opasek zaciskowych, wykorzystując otwory w dolnej części elementu 1A.
Umieść kwadratowe próbki materiału w szczelinach w dolnej części ramy. Umieść roztwór w odpowiednim pojemniku w osuszaczu próżniowym naprzeciwko i w jednej linii z zabezpieczonym zespołem. Umieść wakuometr w eksykatorze, aby zarejestrować dokładne ciśnienie.
Następnie umieść port wysuszonej pokrywy w pobliżu zabezpieczonego zespołu i w jednej linii z roztworem i zakończ osadzanie w fazie gazowej. Najpierw wytnij prostokątne otwory o wymiarach 19 na 10,5 milimetra w pokrywie płytki studziennej, aby zawiesić układ elektrod urządzenia w roztworze. Wydrukuj 3D lub zdobądź przewodniki.
Dopasuj prostokątne otwory w prowadnicach do otworów w pokrywie, upewniając się, że otwór w prowadnicy jest drożny. Przymocuj prowadnice do pokrywy za pomocą kleju cyjanoakrylowego. Następnie napełnij żądany roztwór w studzienkach, w których nastąpi leczenie.
Aby potwierdzić obróbkę powierzchniową, zanurz kwadratowe próbki substratu w roztworze reakcyjnym w studzience płytki. Aby zmontować sondę, przyklej kawałek 2B do blatu stołu. Umieść dwustronną taśmę poliimidową, aby zakryć podstawę elementu 2C.
Umieść również taśmę piankową o grubości 3,17 milimetra z jednostronnym klejem, aby zakryć podstawę elementu 2D. Następnie wpasuj kawałek 2C w rowek elementu 2B. Przyklej opakowanie złącza urządzenia do taśmy, zorientowane tak, aby długość trzpienia urządzenia była zawieszona.
Zabezpiecz urządzenie, wsuwając element 2D w element 2C. Przytrzymaj krawędzie zespołu i ostrożnie podnieś, aby wyjąć z elementu 2B. Wyrównaj skierowane na zewnątrz półkola na elementach 2C i 2D z odpowiednimi prowadnicami na elemencie 2A, aby dopasować zespół do pokrywy płyty studzienki.
Bezpieczne miejsce montażu za pomocą elementu wciskanego 2E na prowadnicach. Po zawieszeniu urządzeń w płycie studzienki przenieś zespół do wytrząsarki i pracuj z prędkościami poniżej 100 obrotów na minutę. W przypadku reakcji wymagających wielu roztworów lub etapów płukania, ostrożnie przenieść pokrywkę do nowej płytki dołka zawierającej żądany roztwór w odpowiednim dołku.
Po tym kroku przyklej kawałek 2B do blatu. Aby wyjąć urządzenia z płytki studzienki, wyjmij kawałek 2E z pokrywy. Następnie ostrożnie wyjmij zespół, trzymając urządzenie.
Ustaw zespół tak, aby element 2C był skierowany w stronę blatu, a element 2D był skierowany do góry. Ustaw trzpień urządzenia równolegle do blatu. Dopasuj element 2C zespołu do elementu 2B.
Lekko dociśnij wypustki elementu 2C do stołu, aby oddzielić element 2D od elementu 2C. Za pomocą kleszczyków wyjmij opakowanie złącza urządzenia z taśmy i przenieś urządzenie do pojemnika do przechowywania. Przy użyciu tego protokołu zademonstrowano obróbkę powierzchniową układów mikroelektrod w stylu Michigan w kwadratowych próbkach krzemowych.
Do funkcjonalizacji amin za pomocą APTES zastosowano metodę osadzania w fazie gazowej. Następnie wykorzystano chemię sieciującą karbodimid do unieruchomienia TBAP manganu. Po osadzaniu pomiary elipsometrii próbek krzemu wykazały średnią grubość warstwy APTES wynoszącą 8,5 angstremów, w porównaniu z teoretyczną grubością warstwy pojedynczej wynoszącą 7 angstremów.
Analiza rentgenowskiejspektroskopii fotoelektronów wykazała wzrost procentowych stężeń atomowych azotu i węgla po obróbce APTES w fazie gazowej, co wskazuje na osad chemiczny. Podobnie mangan wykryto po unieruchomieniu w fazie roztworu. Co więcej, wykres Bodego do analizy spektroskopii impedancji elektrycznej układów mikroelektrod nie wykazał statystycznej różnicy między wielkościami impedancji przed i po procesie powlekania.
W ten sposób udało się pokryć matrycę elektrod przy użyciu procesów powlekania. Protokół ten ułatwia modyfikację powierzchni mikroelektrod wewnątrzkorowych, minimalizując ryzyko uszkodzenia urządzenia. Inni w tej dziedzinie mogą dostosować metodologię do swoich urządzeń i procedur chemicznych.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy protokół przedstawia narzędzia manipulacyjne służące do modyfikacji powierzchni urządzeń z mikroelektrod wewnątrzkorowych poprzez osadzanie z fazy gazowej oraz reakcję w roztworze wodnym. Opisane metody manipulacji pozwalają na zachowanie integralności urządzeń podczas przedłużonego czasu reakcji.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Inżynieria biomedyczna
- Technologia mikroelektrod
Wstęp
- Metody postępowania z urządzeniami z mikrolektrod wewnątrzkorowych często nie są ujawniane.
- Technika ta może wspomóc wysiłki badawcze mające na celu poprawę wydajności urządzeń.
- Obróbka powierzchniowa i powłoki są kluczowe dla zwiększenia funkcjonalności mikrolektrod.
- Zrozumienie protokołów postępowania jest niezbędne dla zachowania integralności urządzeń.
Cel badania
- Aby dostarczyć szczegółowy protokół obsługi urządzeń mikroelektrodowych.
- Aby ułatwić modyfikację powierzchni poprzez specyficzne reakcje chemiczne.
- Aby poprawić wydajność mikroelektrod wewnątrzkorowych.
Zastosowane metody
- Techniki osadzania w fazie gazowej.
- Reakcje w roztworach wodnych do modyfikacji powierzchni.
- Protokoły postępowania w celu zachowania integralności urządzenia.
- Badania materiałowe z wykorzystaniem próbek podłoży.
Główne wyniki
- Skuteczna modyfikacja powierzchni urządzeń mikroelektrodowych.
- Zachowanie integralności urządzeń podczas przedłużonego czasu reakcji.
- Poprawa wskaźników wydajności w przypadku urządzeń poddanych obróbce.
- Ustanowienie protokołów dla przyszłych zastosowań badawczych.
Wnioski
- Protokół ten zwiększa zrozumienie zasad obchodzenia się z mikroelektrodami.
- Obróbka powierzchniowa może mieć znaczący wpływ na funkcjonalność urządzenia.
- Przyszłe badania mogą opierać się na tych ustalonych metodach.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Obróbka powierzchniowa planarnych krzemowych mikroelektrod wewnątrzkorowych rozwiązuje krytyczny problem związany z trwałością i stabilnością funkcjonalną urządzeń w badaniach i rozwoju neurotechnologii. Opisane narzędzia manipulacyjne umożliwiają stosowanie niezawodnych procesów modyfikacji chemicznej przy jednoczesnym zachowaniu integralności urządzeń, co bezpośrednio wpływa na wiarygodność przedklinicznych badań nad interfejsami neuronowymi. Zdolność ta wspiera ciągłość translacyjną od innowacji materiałowych po walidację funkcjonalną urządzeń w procesach rozwoju produktów biofarmaceutycznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia systematyczną ocenę chemii powierzchni pod kątem biozgodności interfejsów neuronalnych.
- Wspiera mechanistyczne ograniczanie ryzyka poprzez izolację zmiennych oddziaływania między urządzeniem a tkanką.
- Ułatwia powtarzalne testowanie potencjalnych powłok w celu funkcjonalnej walidacji celów.
Przesiewy i opracowanie testów
- Przygotowuje zwalidowane systemy mikroelektrod do późniejszych analiz elektrofizjologicznych.
- Standaryzuje protokoły modyfikacji powierzchni w celu zapewnienia powtarzalności między partiami.
- Umożliwia ilościową ocenę integralności urządzenia po obróbce przy użyciu spektroskopii impedancyjnej.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Dostosowuje właściwości powierzchni urządzenia do wymagań dotyczących biomarkerów translacyjnych w badaniach nad interfejsami neuronowymi.
- Zapewnia ciągłość procesu od screeningu materiałów po wdrożenie funkcjonalnych urządzeń w modelach przedklinicznych.
- Zmniejsza ryzyko awarii urządzenia podczas długotrwałych badań in vivo poprzez zapewnienie stabilności powłoki.
Integracja rurociągu i przepływu pracy
Niniejsza metodologia integruje cały proces rozwoju urządzenia, od przesiewu materiałów, przez walidację funkcjonalną, aż po wdrożenie przedkliniczne.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących wpływu chemii powierzchni na odpowiedź tkanki nerwowej.
- Screening: Zapewnia zstandaryzowane, powtarzalne procedury przygotowania urządzeń do analiz funkcjonalnych.
- Analityka: Dostarcza ilościowych wyników za pomocą elipsometrii, XPS oraz spektroskopii impedancyjnej do analizy porównawczej.
- Badania translacyjne: Łączy innowacje materiałowe z przedklinicznymi wymaganiami dotyczącymi wydajności urządzeń.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Adaptowalne narzędzia do manipulacji umożliwiają szerokie zastosowanie w różnych typach elektrod i składach chemicznych powierzchni.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwa
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w zakresie kompatybilności urządzenia z tkanką oraz trwałości powłoki.
- Wartość operacyjna: Poprawia standaryzację, powtarzalność i skalowalność procesów modyfikacji powierzchni.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu prac nad urządzeniem oraz zmniejsza ryzyko techniczne na późnych etapach rozwoju.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację kandydatów na interfejsy neuronalne do dalszego rozwoju w oparciu o ocenę ryzyka.
Kwestie związane z implementacją
- Wymaga doświadczenia w zakresie mikrowytwarzania, chemii powierzchni oraz charakterystyki analitycznej.
- Wymaga dostępu do druku 3D, deskryptorów próżniowych oraz narzędzi analitycznych, takich jak elipsometria i XPS.
- Wymaga standaryzacji protokołów obsługi i traktowania pomiędzy zespołami w celu zapewnienia powtarzalności.
- Adaptowalny do różnych geometrii elektrod i kompatybilnych układów chemicznych przy minimalnym przeprojektowaniu.
- Ograniczony przez kruchość zmontowanych urządzeń oraz konieczność ostrożnego ręcznego obchodzenia się z nimi.
