Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

تخطيط الاشعه الايونيه المركزة لحفر نانو-البنيات في ميكرواقطاب

Published: January 19, 2020 doi: 10.3791/60004
Automatic Translation
1, 2,4, 5, 6, 2,3,4
1Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Michigan, 2Veteran Affairs Ann Arbor Healthcare System, 3Department of Neurology, School of Medicine, University of Michigan, 4Department of Biomedical Engineering, University of Michigan, 5Michigan Center for Materials Characterization, University of Michigan, 6Carl Zeiss SMT, Inc.

Summary

لقد أظهرنا ان النقش من الهندسة المعمارية نانو في الاجهزه المجهرية داخل الاوعيه الدقيقة قد يقلل من الاستجابة التهابيه ولديه القدرة علي تحسين التسجيلات الكهربائية الفسيولوجية. الطرق الموصوفة هنا الخطوط العريضة لنهج لحفر نانو-البنيات في السطح من غير وظيفية ووظيفية السيليكون عرقوب أحاديه القطب المجهرية داخل الإطار.

Abstract

ومع التقدم في تكنولوجيا الكترونيات والتصنيع ، خضعت الأقطاب المجهرية داخل الصناعة لتحسينات كبيره تمكن من إنتاج أقطاب مجهريه متطورة ذات دقه أكبر وقدرات موسعه. وقد دعم التقدم في تصنيع التكنولوجيا تطوير الأقطاب الكهربائية الحيوية ، والتي تهدف إلى الاندماج بسلاسة في الدماغ parenchyma ، والحد من استجابه التهابات العصبية التي لوحظت بعد الادراج الكهربائي وتحسين نوعيه طول عمر التسجيلات الكهربية الفسيولوجية. هنا نحن وصف بروتوكول لتوظيف نهج الحيوية التي تصنف مؤخرا علي انها الهندسة المعمارية نانو. استخدمت الطباعة الحجرية المركزة شعاع الأيونات (الاكذوبه) في هذا البروتوكول لحفر سمات الهندسة المعمارية نانو محدده في سطح الأقطاب المجهرية أحاديه الساق غير وظيفية والوظيفية. النقش نانو-البنيات في سطح القطب أشارت إلى تحسينات ممكنة من التوافق الحيوي ووظائف الجهاز مزروع. واحده من فوائد استخدام الاكذوبه هو القدرة علي حفر علي الاجهزه المصنعة ، بدلا من خلال تصنيع الجهاز ، وتسهيل إمكانيات لا حدود لها لتعديل العديد من الاجهزه الطبية بعد التصنيع. يمكن تحسين البروتوكول المعروض هنا لأنواع المواد المختلفة وميزات هندسه النانو وأنواع الاجهزه. يمكن زيادة سطح الاجهزه الطبية مزروع تحسين أداء الجهاز والاندماج في الانسجه.

Introduction

الأقطاب المجهرية الداخلية (IME) هي أقطاب الغازية التي توفر وسيله للتفاعل المباشر بين الاجهزه الخارجية والسكان الخلايا العصبية داخل القشرة المخية1,2. هذه التكنولوجيا هي أداه لا تقدر بثمن لتسجيل إمكانات العمل العصبية لتحسين قدره العلماء علي استكشاف وظيفة الخلايا العصبية ، والفهم المسبق للامراض العصبية وتطوير العلاجات المحتملة. القطب المجهري الداخلي ، المستخدم كجزء من أنظمه واجهه اله الدماغ (BMI) ، تمكن من تسجيل إمكانات العمل من مجموعه فرديه أو صغيره من الخلايا العصبية للكشف عن النوايا الحركية التي يمكن استخدامها لإنتاج المخرجات الوظيفية3. في الواقع, وقد استخدمت أنظمه مؤشر كتله الجسم بنجاح لأغراض الاصطناعية والعلاجية, مثل السيطرة علي إيقاع حسي المكتسبة لتشغيل مؤشر الكمبيوتر في المرضي الذين يعانون من التصلب الجانبي الضموري (ALS)4 وإصابات الحبل الشوكي5 واستعاده الحركة في الناس يعانون من رباعي المزمنة6

لسوء الحظ ، غالبا ما تفشل imes لتسجيل باستمرار مع مرور الوقت بسبب عده طرق الفشل التي تشمل العوامل الميكانيكية والبيولوجية والمادية7،8. الاستجابة التهابيه العصبية التي تحدث بعد غرس القطب الكهربائي ويعتقد ان يكون تحديا كبيرا المساهمة في فشل القطب9,10,11,12,13,14. وبدات استجابه التهابات العصبية خلال الادراج الاولي لل IME الذي يقطع حاجز الدم في الدماغ, الاضرار المحلية الدماغ حمه ويعطل الشبكات العصبية والعصبية15,16. وتتميز هذه الاستجابة الحاده من خلال تفعيل الخلايا الدبقيه (ميكروليا/الضامة و astrocytes) ، والتي تطلق الجزيئات الموالية للالتهابات والسمية العصبية حول موقع زرع17،18،19،20. يؤدي التنشيط المزمن للخلايا الدليج إلى تفاعل الجسم الخارجي الذي يتميز بتشكيل ندبه غليال التي تعزل القطب عن انسجه المخ الصحية7،9،12،13،17،21،22. في نهاية المطاف ، وعرقله قدره القطب لتسجيل إمكانات العمل العصبية ، وذلك بسبب الحاجز المادي بين القطب والخلايا العصبية وانحطاط وموت الخلايا العصبية23،24،25.

وقد ادي الفشل المبكر لأقطاب مجهريه داخل الشركات إلى اجراء بحوث كبيره في تطوير أقطاب الجيل القادم ، مع التركيز علي الاستراتيجيات البيولوجية26،27،28،29،30. ومن الاهميه بمكان بالنسبة للبروتوكول الموصوف هنا ، هو استخدام الهندسة المعمارية نانو كفئة من التعديلات السطحية الحيوية ل IMEs31. وقد ثبت ان الأسطح محاكاة الهندسة المعمارية للبيئة الطبيعية في البيئة الحيوية لديها استجابه محسنه بيومتوافق32،33،34،35،36. وهكذا ، فان فرضيه مقنعه هذا البروتوكول هو ان الانقطاع بين الهندسة المعمارية الخام من انسجه المخ والهندسة المعمارية علي نحو سلس من الأقطاب المجهرية داخل الاوعيه الدقيقة قد تسهم في التهاب العصبي والمزمن استجابه الجسم الأجنبي لزرع IMEs (للمراجعة الكاملة تشير إلى كيم etal. وقد سبق لنا ان أظهرت ان استخدام ميزات الهندسة المعمارية نانو مماثله لهندسه مصفوفة الدماغ خارج الخلية يقلل من العلامات التهابيه تموت من الخلايا المستزرعة علي ركائز نانو المعمارية ، مقارنه أسطح التحكم المسطحة في كل من المختبر والنماذج السابقة فيفو من التهاب العصبي37،38. وعلاوة علي ذلك ، لقد أظهرنا تطبيق الاشعه الايونيه المركزة (الاكذوبه) الطباعة الحجرية لحفر نانو المعمارية مباشره علي تحقيقات السيليكون ادي إلى زيادة كبيره في القدرة علي البقاء العصبية وانخفاض التعبير عن الجينات الموالية للالتهابات من الحيوانية مزروع مع تحقيقات العمارة نانو مقارنهمع مجموعه ال ولذلك ، فان الغرض من البروتوكول المعروض هنا هو وصف استخدام الطباعة الحجرية المؤسسية لحفر الهندسة النانويه علي الاجهزه المجهرية المصنعة داخل القطب الصناعي. تم تصميم هذا البروتوكول لحفر ميزات الحجم نانو الهندسة المعمارية في أسطح السيليكون من السيقان المجهرية داخل القطب باستخدام كل من العمليات اليه واليدوية. هذه الطرق غير معقده ، قابله للتكرار ، ويمكن بالتاكيد ان الأمثل لمواد الجهاز المختلفة والاحجام ميزه المطلوب.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ملاحظه: قم بالخطوات التالية اثناء ارتداء معدات الحماية الشخصية المناسبة ، مثل معطف المختبر والقفازات.

1. تصاعد غير وظيفية السيليكون المسبار لتركيز الشعاع الأيوني (الاكذوبه) الطباعة الحجرية

ملاحظه: لاجراء كامل يصف تلفيق رقاقه سوي مع تحقيقات 1,000 ، يرجى الرجوع إلى Ereifej et al.39.

  1. عزل شريط من مجسات السيليكون 2-3 من السيليكون علي عازل (SOI) رقاقه تحتوي علي 1,000 تحقيقات. لا تجعل شرائط تحتوي علي أكثر من ثلاثه مجسات السيليكون. وهذا قد يزيد من فرص لتصاعد فضفاضة وقد يسبب اختلال الناتجة في الاكذوبه لحفر بشكل غير صحيح.
    ملاحظه: شرائط/تحقيقات لا يجلس بحزم علي كعب ألمنيوم يمكن ان يسبب اثنين من المضاعفات: 1) عندما تتحرك المرحلة للعمل علي القسم التالي ، سيكون هناك الاهتزازات والطحن لن تكون دقيقه حتى يستقر التحقيق و 2) انه يمكن ان يسبب اختلافا كبيرا وتكون خارج الطائرة التركيز.
    1. اثناء ارتداء القفازات ، استخدم ملقطا ناعما للضغط حول المجسات لقطع قسم صغير يحتوي علي مسبارين إلى ثلاثه تحقيقات.
  2. تنظيف بعناية المسبار السيليكون من جميع الغبار والحطام قبل النقش الاكذوبه. اعداد 6 لوحه البوليسترين جيدا عن طريق التنضيد 3 مل/بئر من الايثانول 95 ٪ إلى ثلاثه ابار.
    1. التقاط بعناية الشريط قطع من تحقيقات السيليكون باستخدام طرف غرامه أو ملقط فراغ ووضعه في مصفاه الخلية. وضع شريط واحد فقط من مجسات السيليكون لكل مصفاه لمنع كسر المجسات. ضع المصفاة التي تحتوي علي السيليكون التحقيقات قطاع في أول بئر تحتوي علي 95 ٪ الايثانول للتنظيف. الحفاظ علي مصفاه في البئر الأول لمده 5 دقائق.
    2. نقل المصفاة التي تحتوي علي مجسات السيليكون من البئر الاولي ووضعها في البئر الثانية التي تحتوي علي 95 ٪ الايثانول لمده 5 دقائق أخرى. كرر مره أخرى في البئر الثالث.
    3. ضع المصفاة التي تحتوي علي مجسات السيليكون المنظفة علي صفيحه تترافلوروايثيلينه لتجفيف الهواء. قم بهذه الخطوة في غطاء معقم لتجنب التلوث من الغبار.
  3. وضع شريط الهواء المجفف من مجسات السيليكون في حاويه مختومه للنقل إلى SEM-الاكذوبه. التفاف المصفاة التي تحتوي علي عينات الهواء المجفف مع التفاف البلاستيك أو ألومنيوم إحباط للنقل و/أو التخزين للحفاظ علي التنظيف.
  4. استخدام غرامه يميل أو ملقط فراغ للتقاط بعناية شريط نظيفه من مجسات السيليكون ووضعها علي كعب ألمنيوم النظيفة (المستخدمة لتصوير SEM-الاكذوبه/النقش) للتحضير للتركيب.
  5. استخدام مسواك (أو غيرها من الاداات يميل غرامه مثل الأسلاك الكهربائية رقيقه) ، لوضع قطره صغيره (~ 10 μL) من الطلاء الفضي علي حافه الركيزة السيليكون المحيطة المجسات. تامين الشريط إلى أسفل عن طريق نشر الطلاء الفضة حول الجانبين من الركيزة السيليكون المحيطة المسبار. السماح للطلاء الفضة لتجف تماما قبل وضع كعب ألمنيوم في SEM-الاكذوبه.
    ملاحظه: يجب الحرص علي عدم الحصول علي الطلاء الفضي علي ساق القطب لان هذا هو الجزء الذي سيتم محفورا. ان الشريط التحقيقات يكون لا بشكل أمن يرسو إلى ألومنيوم قاعده, الشريط يمكن تحركت اثناء يعالج أو يتلقى [ا] [بؤريتي] مختلفه, لذلك ينتج في طحن غيرصحيح ب ال [فب]. يمكن تركيب عده شرائط من مجسات السيليكون علي نفس كعب ألمنيوم ، مع التاكد من وجود مساحة وافره بين الشرائط للسماح للازاله من كعب الروتين بعد النقش. وهذا سوف يسمح النقش أكثر كفاءه من تحقيقات متعددة باستخدام ميزه الألى الموصوفة أدناه.

2. محاذاة الاكذوبه إلى مجسات السيليكون

  1. انقر علي زر تنفيس في علامة التبويب التحكم شعاع لتنفيس الغرفة. اضغط Shift + F3 لتنفيذ المرحلة الرئيسية. تاكيد التحديد عن طريق تحديد زر المرحلة الرئيسية في النافذة المنبثقة.
    ملاحظه: تشغيل عمليه المرحلة الرئيسية هو خطوه وقائية لضمان قراءه محور المرحلة بشكل صحيح من قبل البرنامج والمجهر هو في حاله جيده.
  2. بعد اكتمال المرحلة الرئيسية ، نقل المرحلة إلى إحداثيات X = 70 مم ، Y = 70 مم ، Z = 0 مم ، T = 0 ° ، R = 0 °. مره واحده يتم تنفيس الغرفة ، ووضع علي قفازات النتريل نظيفه وفتح باب الغرفة.
    ملاحظه: استنادا إلى تطبيق المستخدم السابق قد يكون من الضروري تغيير محول المرحلة. محولات المرحلة القياسية (علي سبيل المثال ، نمط FEI) يمكن ازالتها عن طريق فك الترباس المركزية عكس اتجاه عقارب الدورة وتثبيتها عن طريق الشد في اتجاه عقارب الوقت في لوحه التناوب من المرحلة.
  3. ادراج كعب ألومنيوم عقد التحقيقات في الأعلى من محول المرحلة. تامين كعب ألمنيوم عن طريق تشديد المسمار مجموعه علي جانب محول المرحلة. استخدام وجع عرافه مم 1.5 لهذه المهمة.
  4. ضبط ارتفاع محول المرحلة عن طريق تحويل المحول في اتجاه عقارب الوقت لخفضه أو عكس اتجاه عقارب الوقت لرفعه. تامين محول المرحلة إلى لوحه التناوب عن طريق تحويل قفل مخروط الجوز في اتجاه عقارب اليوم حتى الجوز هو أمن ضد لوحه دوران المرحلة. عقد محول المرحلة مع اليد الأخرى لمنع دوران المحول والعينات في حين تشديد الجوز المخروط قفل.
    ملاحظه: استخدم مقياس الارتفاع المتوفر لتحديد الارتفاع المناسب. يجب ان يكون الأعلى من كعب ألمنيوم نفس ارتفاع خط الحد الأقصى المبين علي مقياس الارتفاع. علي تشديد الجوز مخروط يمكن ان يسبب ضررا للمرحلة ومحول. فقط استخدام ما يكفي من القوه لتامين العينات.
  5. الحصول علي صوره كاميرا التنقل. تارجح بعناية ذراع الكاميرا الملاحة مفتوحة حتى يتوقف. ستنتقل مرحله المجهر تلقائيا إلى موضع تحت الكاميرا. شاهد الصورة الحية المعروضة في الربع الثالث من واجهه مستخدم المجهر (UI).
    1. مره واحده في مستوي سطوع السيارات يضبط إلى مستوي مناسب ، والحصول علي الصورة عن طريق دفع زر لأسفل علي قوس الكاميرا. تاكد من انتظار الحصول علي الصورة بأكملها حتى النهاية ، والذي يشار اليه برمز الإيقاف المؤقت الذي يظهر في الربع الثالث وأضاءه الكاميرا التي يتم إيقاف تشغيلها. هذا ياخذ حوالي 10 ق. تارجح ذراع الكاميرا مره أخرى إلى الموضع المغلق. وسوف تعود المرحلة إلى الموقف الأصلي.
  6. اغلق بعناية المجهر غرفه الباب. مشاهده صوره كاميرا CCD في رباعي 4 اثناء إغلاق الباب. تاكد من ان العينات والمرحلة هي مسافة أمنه بعيدا عن اي عنصر حاسم في غرفه المجهر.
  7. حدد السهم إلى الأسفل بجانب زر المضخة في علامة التبويب التحكم بالشعاع. حدد مضخة مع زر تنظيف عينه في برنامج واجهه المستخدم لبدء مضخة فراغ الغرفة وبنيت في منظف البلازما. تاكد من ان الباب مختوم بالضغط برفق علي وجه الباب اثناء تشغيل المضخة. الانتظار لمده 8 دقائق تقريبا لوقت الضخ والبلازما دوره التنظيف لغرفه المجهر إلى ان تكتمل.
    ملاحظه: يمكن تاكيد ختم فراغ عن طريق سحب بلطف علي باب الغرفة ، والتي ينبغي ان تبقي مغلقه إذا كان النظام هو تحت فراغ.
  8. بمجرد ان يتحول الرمز الموجود في الزاوية السفلية اليمني من واجهه المستخدم إلى اللون الأخضر ، اضغط علي زر الايقاظ في علامة تبويب التحكم في الشعاع التي تتحول إلى الكترون والاشعه الايونيه. حدد الربع 1 واضبط اشاره الشعاع علي شعاع الكترون (إذا لم يتم تعيينه بالفعل) ، قم بتعيين الربع الثاني إلى شعاع الأيون (إذا لم يتم تعيينه بالفعل).
    1. تعيين الجهد SEM إلى 5 kV ، مجموعه SEM شعاع الحالية ل 0.20 nA ، تعيين كاشف SEM إلى ETD ، تعيين وضع كاشف إلى الكترون الثانوية. تعيين الجهد المؤسسي إلى 30 kV ، تعيين التيار الكهربائي المؤسسي شعاع الحالية إلى 24 باسكال ، تعيين كاشف الاكذوبه للكشف عن الجليد ، تعيين وضع كاشف إلى الكترون الثانوي.
  9. انقر نقرا مزدوجا علي مسبار السيليكون في صوره كاميرا الملاحة ، الربع 3 لنقل المرحلة إلى الموقع التقريبي للتحقيق. انقر علي الربع الأول لتحديده علي انه الربع النشط وضرب زر وقفه لبدء SEM المسح الضوئي. تعيين الوقت يسكن المسح الضوئي إلى 300 ns وإيقاف التداخل المسح الضوئي، تكامل الخط، ومتوسط الإطار. تعيين دوران المسح الضوئي إلى 0 في علامة التبويب التحكم شعاع وانقر بزر الماوس الأيمن علي تحول شعاع 2d الضابط وحدد صفر.
  10. اضبط التكبير علي الحد الأدنى للقيمة عن طريق تحويل مقبض التكبير بعكس عقارب اليوم علي لوحه MUI. اضبط سطوع الصورة وتباينها باستخدام المقابض علي لوحه MUI أو أيقونه شريط أدوات سطوع التباين التلقائي .
  11. قم بتحريك المرحلة اما بالنقر بزر الماوس الأيسر علي ميزه لتوسيطها ، أو بالضغط باستمرار علي عجله الماوس وتنشيط وضع الماوس الخاص بعصا التحكم. نقل المسبار السيليكون المطلوب لتكون منقوشة في وسط صوره SEM.
  12. حدد موقع حافه أو ميزات أخرى مثل جسيمات الغبار أو خدش. زيادة التكبير إلى 2 ، 000x عن طريق تحويل مقبض التكبير في اتجاه عقارب الآن. ضبط تركيز SEM عن طريق تحويل المقابض التركيز الخشنة والدقيقة علي MUI حتى الصورة في التركيز. بمجرد ان تكون الصورة في التركيز ، حدد نموذج الارتباط Z إلى زر مسافة العمل في شريط الاداات.
  13. تاكد من اكتمال العملية بالنظر إلى احداثي Z-المحور في علامة التبويب التنقل. يجب ان تكون القيمة حوالي 11 ملم. اكتب في 4.0 مم في موضع محور Z ودفع الذهاب إلى زر مع الماوس أو ضرب المفتاح enter علي لوحه المفاتيح وسوف تتحرك المرحلة إلى 4 مم مسافة العمل.
  14. تحريك المرحلة في X و Y لتحديد موقع الكتف من المسبار السيليكون. وضعه علي مقربه من مركز SEM ممكن. تغيير أماله المرحلة إلى 52 ° عن طريق كتابه في "52" في تنسيق T وضرب دخول. لاحظ ما إذا كان كتف المسبار يظهر للانتقال لاعلي أو لأسفل في الصورة. استخدام المنزلق Z المرحلة لجلب الكتف من التحقيق مره أخرى إلى مركز الصورة SEM. فقط ضبط موقف Z ، لا تتحرك X ، Y ، T ، أو محور R.
  15. تشغيل المضمنة في "XT محاذاة ميزه" الأمر الموجود في المرحلة القائمة المنسدلة. استخدام الفاره للنقر علي نقطتين موازيه للحافه المسبار. تاكد من تحديد زر الراديو الأفقي في النافذة المنبثقة وانقر فوق إنهاء. وسوف تدور المرحلة لمحاذاة المسبار مع محور X من المرحلة. ضبط المرحلة في X ، Y باستخدام الماوس لوضع الكتف السفلي من المسبار في وسط صوره SEM مره أخرى.
    ملاحظه: يجب ان تكون النقطة الاولي نحو قبضه المسبار والنقطة الثانية يجب ان تكون نحو نقطه التحقيق.
  16. حدد الاكذوبه في الربع الثاني وتاكد من التيار شعاع لا يزال 24 باسكال. تعيين التكبير إلى 5000 x والوقت يسكن إلى 100 ns. اكتب Ctrl-F علي لوحه المفاتيح لتعيين التركيز المؤسسي إلى 13.0 مم. في علامة التبويب التحكم شعاع ، انقر بزر الماوس الأيمن في الضابط stigmator 2d وحدد صفر ، وأيضا ، انقر بزر الماوس الأيمن في الضابط التحول شعاع 2d وحدد صفر. اضبط دوران المسح الضوئي إلى 0 درجه واضغط علي زر سطوع التباين التلقائي في شريط الاداات.
  17. ابحث عن صوره لكتف المسبار في الربع الثاني. استخدام أداه لقطه للحصول علي صوره مع الاكذوبه. تاكيد الكتف المسبار هو في وسط صوره الاكذوبه ، ان لم يكن ، انقر نقرا مزدوجا علي الكتف التحقيق لنقله إلى مركز. نقل المرحلة إلى اليسار عن طريق دفع مفتاح السهم الأيسر علي لوحه المفاتيح تقريبا 10-15 مرات. خذ لقطه أخرى ولاحظ ما إذا كان الجانب التحقيق لا يزال في وسط الاكذوبه.
    ملاحظه: إذا لم يكن كذلك ، يجب تعديل استدارة المرحلة قليلا. إذا كان المسبار فوق مركز الصورة ، يجب ان تكون المرحلة استدارة في الاتجاه السلبي. إذا كان المسبار تحت المركز ، يجب ان تكون المرحلة استدارة في اتجاه عقارب الوقت. ادخل دورانا حسابيا نسبيا من 0.01 إلى 0.2 درجه استنادا إلى الطريقة الضرورية لمحاذاة المسبار.
  18. كرر الخطوات 2.16 إلى 2.17 عده مرات حسب الضرورة حتى يتم محاذاة حافه الكتف المسبار تماما مع محور X من المرحلة ، (الحافة يبقي في وسط الاكذوبه اثناء التحرك إلى اليسار).
  19. باستخدام الاكذوبه ، وتحريك المرحلة مره أخرى إلى أسفل الكتف من المسبار. احفظ موضع المرحلة في قائمه الموضع بالنقر فوق الزر " أضافه ". تغيير شعاع الاكذوبه الحالية إلى 2.5 nA وتاكد من ان التكبير الاكذوبه لا يزال 5000x. تشغيل وظيفة التباين سطوع السيارات وتعيين الوقت الذي يسكن الاكذوبه إلى 100 ns.
  20. اضغط علي زر الإيقاف المؤقت لبدء المسح الضوئي. ضبط التركيز المؤسسي لابؤرية ، بسرعة ودقه قدر الإمكان ، وذلك باستخدام المقابض التركيز الخشنة والجميلة ، و X و Y stigmator المقابض علي لوحه MUI. اضغط علي زر الإيقاف المؤقت لإيقاف المسح المؤسسي.

3. كتابه عمليه اليه للحفر

  1. بدء تشغيل البرنامج بواسطة تحديد موقعه في القائمة "أبدا" في Windows (اي البدء \ البرامج \ الشركة \ التطبيقات \ نانوبويلدير). ضع اطار البرنامج علي الشاشة الجانبية بحيث لا يتم تغطيه واجهه المستخدم. فتح الملف لزخرفه مجسات السيليكون بالنقر فوق ملف ثم فتح. توجيه مستعرض windows إلى موقع البرنامج النصي (الملف التكميلي 1 -اسم الملف هو "Case_Western_2000_micron_Final_11H47M_runtime. jbj").
  2. ضمن البرنامج ، حدد القائمة المنسدلة المجهر وحدد مجموعه الأصل المرحلة. ضمن البرنامج ، حدد القائمة المنسدلة المجهر ثم حدد معايره أجهزه الكشف.
  3. علي واجهه المستخدم المجهر ، انقر في رباعيه 1 مره واحده مع الماوس لتحديد رباعيه 1. تجاهل الإرشادات الأخرى الموضحة في النافذة المنبثقة ، فهي غير ضرورية لهذا المشروع. انقر فوق موافق لبدء المعايرة. وسوف تستغرق العملية حوالي 5 دقائق. تاكد من معايره ETD و ICE للكشف عن. لا باس إذا كان اي كاشفات أخرى لديها فشل المعايرة.
  4. ضمن البرنامج ، حدد القائمة المنسدلة المجهر واختر تنفيذ لبدء تسلسل زخرفه. عند اكتمال النقش ، اغلق البرنامج.
    ملاحظه: سياخذ البرنامج علي رباعيه 3 و 4 لزخرفه والمحاذاة وظائف. سيستغرق البرنامج النصي حوالي 12 ساعة للتشغيل. اثناء تشغيل البرنامج النصي ، لا تقم بتغيير اي معلمه علي المجهر.
  5. ضرب "تنفيس" في المجهر واجهه المستخدم شعاع التحكم في علامة التبويب لإغلاق الحزم المجهر وبدء دوره تنفيس. في حين ان الغرفة تنفيس ، نقل المرحلة إلى إحداثيات X = 70 مم ، Y = 70 مم ، Z = 0 ملم ، T = 0 ° ، R = 0 °. مره واحده يتم تنفيس الغرفة ، ووضع علي قفازات النتريل نظيفه وسحب فتح باب الغرفة.
  6. تخفيف المسمار مجموعه علي محول كعب الروتين باستخدام وجع عرافه مم 1.5. أزاله كعب ألومنيوم التي تحتوي علي المسبار منقوشة من الغرفة. اغلق بعناية المجهر غرفه الباب. مشاهده صوره كاميرا CCD في رباعي 4 اثناء إغلاق الباب. تاكد من ان محول المرحلة هو مسافة أمنه بعيدا عن اي عنصر حاسم في غرفه المجهر.
  7. حدد السهم لأسفل بجانب زر المضخة في علامة التبويب التحكم بالشعاع. حدد زر المضخة لبدء تشغيل مضخة فراغ الغرفة. تاكد من ان الباب مختوم بالضغط برفق علي وجه الباب اثناء تشغيل المضخة.
    ملاحظه: يمكن تاكيد ختم فراغ عن طريق سحب بلطف علي باب الغرفة ، والتي ينبغي ان تبقي مغلقه إذا كان النظام هو تحت فراغ. وسوف يكون وقت الضخ حوالي 5 دقائق. يمكن حفر جانب واحد فقط من المسبار اثناء تشغيل واحد.
  8. إذا كان الجانب الامامي والخلفي من المسبار يتطلب النقش ، ثم أزاله بعناية شريط محفورا من مجسات السيليكون بعد التحقق من حفر النهائي والتصوير الجانب الامامي (إذا كانت هناك حاجه إلى الصور). حل الطلاء الفضة مع الأسيتون ، من خلال الدبكة بحذر/بالفرشاة الأسيتون علي الطلاء الفضي. بعناية تحويل الشريط حول إلى المؤخر ، أعاده جبل ، محاذاة وحفر بعد الخطوات المذكورة أعلاه.

4. التحقق من الحفر النهائي والتصوير

  1. بمجرد اكتمال الطحن التحقق من التوحيد من أقسام مختلفه باستخدام التصوير SEM في اعلي التكبير.
    ملاحظه: يسمح التصوير في الزاوية المائلة باجراء تقييم أفضل للتباين في عمق الطحن. وينبغي إيلاء اهتمام خاص للمناطق التي تمر بمرحله انتقاليه بين مواقع الطحن.
  2. صوره العينات مره أخرى بعد طحن مع المجهر البصري.
    ملاحظه: تؤدي الخطوط المضروبة الدورية إلى تاثير الانكسار مما يؤدي إلى ظهور ألوان مختلفه كداله لزاوية التصوير. إذا كان اللون ليست مستمرة مع المسبار الذي هو اشاره واضحة للاضطراب في خطوط المضروب.

5. تركيب المسبار السيليكون وظيفية لحفر الاكذوبه

  1. برفق أزاله القطب السيليكون وظيفية من التعبئة والتغليف. استخدم الملقط لرفع علامة التبويب الواقية البلاستيكية التي تغطي المرحلة الرئيسية بعناية. بدء رفع زاوية واحده من علامة التبويب حتى من الغراء لزجه عقد في مكان والحفاظ علي رفع حتى يتم أزاله القطب بأكمله.
  2. المشبك بعناية القطب مع الأرقاء للتحضير للتركيب في الإطار الفراغي. اثناء الإمساك بعلامة التبويب المغطية مع الملقط ، ضع برفق الاصبغه الدموية المنحنية حول الرمح الأخضر فوق ساق السليكون ، مع الجزء المنحني من الأرقاء الذي يواجه صعودا نحو علامة التبويب. قفل الأرقاء في مكان لضمان القطب لن تسقط من إحصائيات الأرقاء.
  3. قم بازاله علامة التبويب الواقية البلاستيكية التي تغطي المرحلة الرئيسية برفق. اثناء عقد القطب مع الأرقاء ، مقطع بعناية القطب إلى الإطار الفراغي للتنظيف.
  4. ملء 3 اطباق بيتري مع 95 ٪ الايثانول (~ 10 مل لكل طبق بتري). ضع طبق بيتري تحت القطب الكهربائي الذي يتم تركيبه في الإطار الفراغي للتنظيف. خفض ببطء القطب عن طريق تحويل الجزئي إلى أسفل (100 μm/ثانيه) بحيث يتم غمرت الساق في الايثانول 95 ٪.
    ملاحظه: يجب الحرص علي عدم تحويل الجزئية بسرعة كبيره جدا أو عميقة جدا ، وهذا يمكن ان يسبب القطب لكسر (اي ، يجب ان القطب لا تلمس طبق بيتري).
  5. ترك عرقوب القطب في الايثانول 95 ٪ لمده 5 دقائق ، ثم رفع ببطء القطب من الايثانول 95 ٪ عن طريق تحويل الجزئي صعودا (100 μm/ثانيه). كرر هذه الخطوة مرتين أكثر ، لما مجموعه ثلاثه يغسل. اترك القطب الكهربي ليجف لمده خمس دقائق.
  6. استخدم نفس التقنية لتركيب القطب الكهربي في الإطار الفراغي ، لأزاله القطب من الإطار الفراغي. وضع بعناية الأرقاء حول رمح من القطب. مره واحده يتم شبك الأرقاء ضيقه ، والإفراج عن القطب من الإطار الفراغي ، والعودة علامة التبويب واقيه من البلاستيك تغطي مرحله الراس ، ووضع الكهربائي تنظيفها مره أخرى في التعبئة والتغليف.

6. النقش السيليكون الوظيفي التحقيق باستخدام الاكذوبه

  1. جبل القطب السيليكون الوظيفي تنظيفها علي موقف ألومنيوم. التقاط بعناية الكهربائية السيليكون الوظيفي تنظيفها باستخدام ملقط وأزاله علامة التبويب واقيه من الصدارة. وضع عرقوب القطب علي كعب ألمنيوم بحيث لا يتعطل علي اي حافه ، ثم باستخدام قطعه صغيره من النحاس أو الكربون موصل الشريط ، دبوس الصدارة بشكل أمن إلى كعب ألمنيوم.
    ملاحظه: بدلا من ذلك ، يمكن استخدام حامل مشبك منخفض الملف للاحتفاظ بالقطب الكهربي لأسفل. يجب الحرص علي عدم لمس عرقوب القطب الكهربائي.
  2. وبعد الخطوات الموصوفة أعلاه (القسم 2) ، ضع القطب الكهربي عند الارتفاع المركزي وتاكد من ان القطب الكهربي هو في نقطه الصدفة لحزم SEM و اكذوبه. محاذاة الساق مع "X" اتجاه المرحلة.
  3. تعيين الاكذوبه إلى التيار الأمثل لطحن المطلوبة الهندسة المعمارية نانو وتاكد من تصحيح التركيز والوصم بشكل صحيح. اعداد مجموعه من الخطوط مع التباعد المطلوب وطول لتغطيه مجال عرض الساق (500 μm المقاطع). ضبط أطوال الخط كما يحصل النقش أسفل الساق إلى مقاطع ارق.
    ملاحظه: عند نقش القطب الوظيفي ، ليس من الممكن أضافه علامات ايماني لاتمته العملية. ولذلك ، يتم الانتقال بين الأقسام الفرعية (~ 500 μm) يدويا.
  4. بعد طحن القسم الأول كامله ، تاكد من التحقق من جوده الطحن قبل الانتقال إلى القسم التالي. كرر الخطوة 6.3 لحفر المقطع التالي من الساق. محاذاة الخطوط المضروبة من المقطع السابق إلى النقوش المستخدمة للمقطع التالي لمنع الفجوات الكبيرة بين التشغيل.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

الاكذوبه المحفورة نانو-العمارة علي أسطح المجسات أحاديه الساق
وباستخدام الطرق الموصوفة هنا ، تم حفر المجسات الموجودة في الداخل ببنيات نانو محدده بعد البروتوكولات المنشاة39. وقد تم تنفيذ ابعاد وشكل تصميم الهندسة المعمارية نانو الموصوفة في هذه الطرق من النتائج السابقة في المختبر التي تصور انخفاضا في التفاعل الخلوي الدالي عندما مثقف مع تصميم الهندسة المعمارية نانو وصفها هنا37،38. استخدمت الطرق الموصوفة هنا شعاع الايونيه المركزة (الاكذوبه) لحفر الأخاديد المتوازية النانو في سطح غير وظيفية واحده السيليكون عرقوب القطب تحقيقات ، كما وصفت سابقا39. تم حفر الأخاديد المتوازية النانو علي طول ساق المؤخر من المسبار باستخدام النصي الألى مكتوبه في البرنامج. وكانت الابعاد النهائية للهندسة المعمارية نانو المحفورة 200 nm خطوط متوازية واسعه ، متباعدة 300 nm بعيدا ، وكان عمق 200 نانومتر (الشكل 1). استخدام الاكذوبه لحفر الهندسة النانو في سطح الجهاز يسمح النقش من التصاميم الدقيقة في الاجهزه المصنعة.

محفورة نانو-العمارة في تاثير المجسات الشعرية العصبية علي التهاب الأعصاب
في هذه البيانات التي تم الإبلاغ عنها سابقا ، تم زرع المجسات الشعرية المحفورة مع البني المجهرية في قشره الفئران لمده أسبوعين أو أربعه أسابيع (n = 4 في النقطة الزمنيه) ومقارنتها بالتحكم في الماشية المزروعة بتحقيقات سلسه لا تحتوي علي39نقوش النانو. واحده من أليات الفشل عرقله النشر السريري لأقطاب مجهريه داخل الاوعيه الدموية هو استجابه التهابات العصبية الناجمة عن تعطيل الدماغ حمه والدم حاجز الدماغ9,10,11,12,15. وصف كامل لاستجابه التهابات العصبية التي لوحظت بعد غرس القطب المجهري داخل الاوعيه الدقيقة يمكن العثور عليها في التقييمات التالية13,14,22. تعتمد قدره الأقطاب المجهرية داخل الجسم علي تسجيل إمكانيات العمل من الخلايا العصبية علي مسافة الأجسام العصبية السليمة من موقع تسجيل القطب المجهري الداخل في الداخل40. ولذلك ، فان الدراسة التي سبق الإبلاغ عنها قيمت التهاب العصبي حول موقع غرس المسبار داخل المحيط عن طريق تحديد العلامات النسيجية لكثافة الخلايا العصبية ، وتنشيط الخلية الدليج والتعبير الجيني للعلامات التهابيه39. وترد النقاط البارزة من تلك الدراسة أدناه لتمثيل اثار النقش نانو-البنيات في سطح المسبار كان علي التهاب العصبي.

اثار المحفور نانو-العمارة علي كثافة الخلايا العصبية
لتحديد كيفيه النقش نانو-البنيات في سطح المسبار تاثيرات كثافة الخلايا العصبية علي الفور حول الزرع ، كانت النوى العصبية الملونة والكمية باستخدام وصف سابقا مناعي أساليب39،41. لم تكن هناك اختلافات كبيره في كثافة الخلايا العصبية حول الهندسة المعمارية نانو وتحقيقات السيطرة في 2 أسابيع بعد زرع (الشكل 2ا). ومع ذلك ، كانت هناك الخلايا العصبية أكثر بكثير حول تحقيقات العمارة نانو في 100-150 μm المسافة من موقع زرع مقارنه مع يزرع السيطرة علي نحو سلس (ع < 0.05 مقابل الضوابط) (الشكل 2ب) في 4 أسابيع بعد زرع. ووجد أيضا ان هناك اتجاها متزايدا من كثافة الخلايا العصبية المحيطة تحقيقات الهندسة المعمارية نانو مع مرور الوقت, المتناقضة انخفاض الاتجاه من كثافة الخلايا العصبية حول زرع السيطرة (الشكل 2). هناك علاقة مباشره تصور استجابه التهابات العصبية المخففة إلى جانب كثافة اعلي من الخلايا العصبية القابلة للحياة المحيطة ميكروالكترود ، والنتائج في زيادة القدرة علي ميكروالكترود لتوفير تسجيلات الجودة15،40،42. ولذلك ، عند تفسير بيانات كثافة الخلايا العصبية ، قد تشير كثافة اعلي من الخلايا العصبية حول موقع الزرع إلى استجابه التهابات العصبية قللت وربما تحسن جوده التسجيل والاستقرار من الأقطاب المجهرية داخل الداخل.

اثار المحفور نانو-العمارة علي علامات الجزيئية التهابيه العصبية
الانسجه هو ما يكفي لتحديد الخلايا حول موقع زرع. ومع ذلك ، فانه يفتقر إلى حساسية وخصوصية لتوصيف النمط الظاهري للخلايا المحيطة بها. التالي ، استخدمت الأساليب التي تستخدم تحليل التعبير الجيني الكمي لقياس التعبير الجيني النسبي للعلامات التهابيه العصبية ، من أجل فهم تاثير الهندسة المعمارية نانو علي النمط الظاهري للخلايا39. تم التحقيق في العديد من علامات التهاب العصبي في الدراسة التي تم الإبلاغ عنها سابقا. هنا سيتم تسليط الضوء علي اثنين فقط التي هي خاصه للخلايا الصغيرة ، من أجل مناقشه كيفيه تغيير النمط الظاهري بهم. مجموعه التمايز 14 (CD14) هي مستقبلات التعرف علي النمط علي غشاء ميكروليا الذي يعترف بالبكتيريا ويشير إلى المسار التهابي بعد الاصابه/الغرس43،44،45. أكسيد النيتريك synthase (NOS2) ، هو علامة الاكسده التي أعرب عنها في ميكروليا/الضامة التي ترتبط مع زيادة إنتاج علامات التهابات التهابيه46،47.

في البيانات المبلغ عنها سابقا ، لم تكن هناك اختلافات كبيره في التعبير الجيني النسبي CD14 بين الهندسة المعمارية النانويه وزرع السيطرة في اي فتره من أسبوعين أو أربعه أسابيع بعد الغرس. ومن الجدير بالذكر ان هناك انخفاضا كبيرا (p < 0.05) من التعبير الجيني النسبي CD14 من أسبوعين إلى أربعه أسابيع حول موقع زراعه النانو المعمارية ، مما يشير إلى احتمال حدوث انخفاض في التهاب (المشار اليه بواسطة * في الشكل 3ا). المثل ، لم تكن هناك اختلافات كبيره من التعبير الجيني النسبي NOS2 بين الهندسة المعمارية نانو وزرع السيطرة في أسبوعين. ومع ذلك ، كان هناك اقل بكثير (p < 0.05) NOS2 التعبير الجيني النسبي حول زرع نانو العمارة مقارنه مع زرع السيطرة في أربعه أسابيع بعد زرع (المشار اليها بواسطة # في الشكل 3ب). وعلاوة علي ذلك ، كانت هناك زيادة كبيره من 2 إلى 4 أسابيع من التعبير الجيني النسبي NOS2 حول غرسات التحكم (المشار اليها بواسطة * في الشكل 3ب) ، ولم تلاحظ اي اختلافات حول زراعه النانو العمارة مع مرور الوقت ، مما يشير إلى انخفاض محتمل للالتهاب حول يزرع نانو العمارة. وعند تفسير هذه البيانات ، من المهم فهم وظيفة الجينات التي يجري قياسها كميا. علي سبيل المثال ، يشير انخفاض الجينات الموالية للالتهابات إلى انخفاض محتمل في الاستجابة التهابيه حول موقع القطب الكهربي ، في حين تشير الزيادة في هذه الأنواع من الجينات إلى زيادة محتمله في التهاب.

الهندسة المعمارية المحفورة نانو-العمارة علي الأسطح من الأقطاب الكهربائية عرقوب واحده وظيفية
وكانت الدراسة التي سبق الإبلاغ عنها نتائج واعده مما يدل علي زيادة طفيفه في كثافة الخلايا العصبية والانخفاض المحتمل في النمط الظاهري التهاب الخلايا الصغيرة في جميع انحاء المسبار الهندسة المعمارية نانو الموقع زرع. للتحقيق في ترجمه هذه النتائج إلى وظيفة القطب الكهربي, تم حفر القطب المجهري السيليكون واحد وظيفية مع نفس التصميم نانو الهندسة المعمارية وغير وظيفية واحده السيليكون عرقوب القطب المجهري تحقيقات, الاستفادة من بروتوكول النقش الاكذوبه مماثله. وكان الفرق الوحيد في منهجيه النقش علي الهندسة المعمارية نانو المحدد ان البروتوكول لأقطاب وظيفية لا يمكن ان تكون مؤتمتة ، كما لم يكن هناك مواد الركيزة اضافيه لإنشاء علامات ايماني. وهكذا ، تم حفر القطب الوظيفي يدويا باستخدام الاكذوبه عن طريق أعاده محاذاة شعاع كل 500 μm ، كما هو موضح في البروتوكول أعلاه. كان ال [نقوش] نهائيه 200 [نم] خطوط متوازية واسعه, متباعدة 300 [نم] بعيدا, وتلقي عمق من 200 [نم] (شكل 4).

اثار المحفور نانو-العمارة في الأقطاب المجهرية داخل الاوعيه الكهربائية علي الفيزيولوجيا الكهربية
التسجيلات المجهرية داخل القطب الناجح تعتمد علي قرب الخلايا العصبية حول مواقع زرع ، وسلامه الجهاز ونقل موثوق بها من نشاط وحده واحده من الدماغ8،40،48،49. وتم تحديد كميات التسجيلات الكهربائية باستخدام المقاييس المسجلة التي جمعت مرتين في الأسبوع علي مدي ثمانيه أسابيع. وكانت المقاييس المستخدمة في هذه الدراسة هي النسبة المئوية للقنوات التي تسجل وحدات واحده ، والسعه القصوى للوحدات المسجلة ، ونسبه الاشاره إلى الضوضاء. وافقت اللجان المؤسسية للعناية بالماشية واستخدامها (IACUC) في المركز الطبي لشؤون قدامي المحاربين في لويس ستوكس كليفلاند علي جميع الإجراءات الحيوانية. تم زرع الفئران sprague Dawley (8-10 أسابيع من العمر ووزنها ~ 225 g) مع واحد عرقوب السيليكون ميكروالكترود ، مع الهندسة المعمارية نانو المذكورة أعلاه (n = 1) أو الضوابط علي نحو سلس (ن = 6). ولم يجر اي تحليل إحصائي لهذه البيانات ، حيث كان هناك قطب مجهري واحد للهندسة النانو مزروع لاجراء دراسة تجريبية لإثبات المفهوم. ومع ذلك ، فان النتائج الكهربية الجماعية التي تظهر نسبه مئوية متزايدة من القناات التي تسجل وحدات واحده (الشكل 5ا) ، والسعه القصوى (الشكل 5ب) من الوحدات المسجلة ، والاستخبارات (الشكل 5ج) من الأقطاب المجهرية للهندسة النانو. وتشير هذه النتائج إلى ان نقش الهندسة النانويه في سطح الأقطاب المجهرية قد يؤدي إلى تحسين الجودة وزيادة طول عمر التسجيلات الكهربية الفسيولوجية. ومن الضروري اجراء مزيد من التقييم مع زيادة حجم العينة للتحقق من هذه النتائج الاوليه.

Figure 1
الشكل 1: الهندسة المعمارية المحفورة نانو-العمارة علي أسطح المجسات أحاديه الساق الاحاديه. [سم] صور من ال [نون-ول] واحده ساق سليكون تحقيقات مع [اكذوبه] يحفر [نانو-بني] علي طول المؤخر من الساق. (ا) الصور المركبة لكامل المسبار آخر النقش يظهر في التكبير 120x ، شريط مقياس = 400 μm. العلامات الايمانيه ، (صندوق مربع مع + رمز يمر عليه) ، محفورة علي طول الركيزة السيليكون المحيطة المسبار. وتظهر الصور المكبرة SEM من طرف التحقيق في (B) في 1, 056x التكبير (شريط مقياس = 40 μm), (ج) في 3, 500x التكبير (شريط مقياس = 10 μm), و (د) في 10, 000X التكبير, شريط مقياس = 4 μm. وقد تم تعديل هذا الرقم من المرجع39. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: اثار المحفور نانو-العمارة علي كثافة الخلايا العصبية. يتم عرض بقاء الخلايا العصبية كنسبه مئوية من المنطقة الخلفية من نفس الكائنات في مسافات من صناديق 50 μm بعيدا عن موقع الزرع. (ا) لم تلاحظ اي اختلافات كبيره في بقاء الخلايا العصبية بين الأسطح الملساء (التحكم) ويزرع نانوباتيرنيد في 2 أسابيع بعد زرع. (ب) كان هناك بقاء الخلايا العصبية اعلي بكثير حول يزرع نانوباتيرنيد في المسافة 100-150 μm مقارنه الأسطح الملساء (p < 0.05) في 4 أسابيع بعد زرع. الصور التمثيلية للخلايا العصبية (الأخضر الملون) ، مع الخطوط العريضة الصفراء التي تصور موقع الغرس ، و "P" التي تدل علي الجانب المحفور من القطب المجهري ، شريط مقياس = 100 μm. وقد تم تعديل هذا الرقم من39. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: اثار المحفور نانو-العمارة علي علامات الجزيئية التهابيه العصبية. تم جمع الانسجه حول دائره نصف قطرها 500 μm من موقع الغرس لكل من نانوباتيرنيد والسيطرة يزرع. وكان التعبير الجيني النسبي للعلامات التهابيه مقارنا كميا بين نوعي الغرس (الاختلافات المشار اليها بواسطة # علي الرسم البياني ؛ p < 0.05) وكذلك مع مرور الوقت (يتم الرمز الاختلافات بواسطة * علي الرسم البياني; p < 0.05). (ا) التعبير الجيني النسبي CD14 انخفض بشكل كبير حول نانوباتيرنيد يزرع من أسبوعين إلى أربعه أسابيع (*). (ب) كان هناك تعبير جين نسبي اقل بكثير من NOS2 حول زرع نانوباتيرن مقارنه بالتحكم في أربعه أسابيع (#) وكانت هناك زيادة كبيره في NOS2 من أسبوعين إلى أربعه أسابيع حول غرسات التحكم السلس (*). وقد تم تعديل هذا الرقم من المرجع39. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: الهندسة المعمارية المحفورة نانو-العمارة علي الأسطح من الأقطاب المجهرية عرقوب واحد وظيفية. يعرض الملحق الموجود في الزاوية العلوية اليمني القطب المجهري المستخدم في هذه الدراسة بجانب الدايم لتصوير حجم ساق القطب الكهربي (الخط الأسود الرفيع). [سم] صور من ال [ميكروالكترودات] ساق مع [اكذوبه] يحفر [نانو-بني] علي طول المؤخر من الساق. يتم عرض الساق بأكملها في الأعلى عند التكبير 600x (شريط مقياس = 50 μm) ، في حين يصور أقحم سطح نانوباتيرنيد في التكبير 25 ، 000x ، شريط مقياس = 1 μm). يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5: اثار النقش بالنانو-الهندسة المعمارية في الأقطاب المجهرية في الداخل علي الفيزيولوجيا الكهربية. وقد اكتشف تقييم المقاييس الكهربية الفسيولوجية اتجاها أوليا واعدا للزيادة في (ا) النسبة المئوية للقنوات التي تسجل وحدات واحده ، (ب) السعه القصوى للوحدات المسجلة ، و (ج) نسبه الاشاره إلى الضوضاء من القطب المجهري المحفور بهندسة النانو بالمقارنة يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 6
الشكل 6: الفيزيولوجيا الكهربية للتسجيل من الأقطاب المجهرية أحاديه الساق الوظيفية مع الهندسة المعمارية المحفورة بالنانو. واحده من التحديات المتعلقة باستخدام الاكذوبه لحفر نانو المعمارية علي الاجهزه المصنعة ميكروالكترود هو خطر الاتصالات تسجيل قصيرة الدائرة. المحور س يصور وقت التسجيل بالثواني ، والمحور ص يظهر قنوات القطب تسجيل إمكانات العمل العصبية. كل خط مرقم علي محور ص يمثل قناه قطب مختلفه ، مع رقم القناة 1 يجري مساحة تزيد و 16 يجري أعمق. المربعات الحمراء الخطوط العريضة القناات القصيرة ، في حين ان المربعات الزرقاء الخطوط العريضة القناات مع نشاط الخلايا العصبية مرئية. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

الملف التكميلي 1. الرجاء انقر هنا لعرض هذا الملف (انقر بزر الماوس الأيمن للتحميل).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ويستخدم بروتوكول التصنيع المبين هنا التخطيط الحجري المركز لشعاع الأيونات بشكل فعال والتكرار حفر النانو المعمارية في سطح الأقطاب المجهرية أحاديه الساق السيليكون غير الوظيفية والوظيفية. يركز شعاع الأيون (الاكذوبه) الطباعة الحجرية يسمح للاستئصال الانتقائي للسطح الركيزة باستخدام شعاع الأيونات المركزة بدقه50،51. الاكذوبه هي تقنيه الكتابة المباشرة التي يمكن ان تنتج ميزات مختلفه مع دقه النانو وارتفاع نسبه الجانب50،52،53. من أجل إنشاء ميزات مختلفه الحجم ، يمكن تحسين حجم التيار شعاع الأيون لتغيير حجم بقعه شعاع أيون ضمن نطاق من 3 نانومتر إلى 2 μm50،51. بعض المزايا العامة لاستخدام الاكذوبه لميزات حفر علي الأسطح هي: 1) ويمكن استخدامه علي مجموعه واسعه من المواد ، بما في ذلك السيليكون والمعادن ، والبوليمرات53،54،55،56، 2) يمكن ان يؤديها الاكذوبه علي الأسطح غير مستو ، و 3) يمكن استخدام الاكذوبه لمرحله ما بعد المعالجة57علي

هنا, واستخدمت الاكذوبه في تركيبه مع المجهر SEM والبرمجيات المستخدمة لكتابه النصي الألى المتخصصة للحفر ميزات محدده في تحقيقات ساق واحده غير وظيفية. وشملت البرامج النصية المعلمات المطلوبة (2.5 nA شعاع أيون الحالية و 30 كيلو فولت الجهد) لحفر التباعد الدقيق المطلوب (200 nm الأخاديد المتوازية واسعه ، متباعدة 300 nm وبصرف العميق 20 نانومتر). تجاوزت ابعاد القطب مجال الرؤية لل الاكذوبه ، لذلك تم تنفيذ زخرفه في مواقف مرحله متعددة. [أين وردر تو] أتمته العملية, [ايماني مرك] كان حفرت داخل الجانب من السليكون ورقه يمسك التحقيقات في مكان, ان يسمح البرمجية ان بدقه حددت الخطوط منقوشة علي المسبار ساق. كانت الفيدوسيالس ضرورية لان حركه المرحلة خلقت حاله من عدم اليقين كبيره (~ 5 μm) في موقع منطقه النقش فيما يتعلق بمجال شعاع الأيون للراي. سمح موضع من الفيدوسيالس علي السليكون صفح ل ال [فب] ان يحدد النمط مناطق دون مباشره مسحت الشعاع علي التحقيق ساق, اي استطاع احتماليا تلوثت أو ضررت التحقيق ساق. استغرقت عمليه النقش الألى بأكملها لساق واحده تقريبا 12 ساعة لإكمال وتطلب اي تدخل المشغل بعد ان بدات زخرفه. بشكل جماعي ، وفوائد استخدام الاكذوبه لحفر الميزات في السيليكون المسبار عرقوب كانت القدرة علي جعل الميزات الحجم نانومتر ، أتمته عمليه النقش ، والقدرة علي حفر علي التحقيق ملفقه. علي الرغم من ان الاكذوبه المؤسسية لها فوائد وفيرة ، واحده من عيوب استخدام هذه الطريقة تلفيق هو معدل الانتاجيه البطيءه التي تحد في نهاية المطاف امكانيه الإنتاج الضخم من الاجهزه مع هندسه النانو في سطحها58. بدلا من ذلك ، طرق التصنيع الأخرى المستخدمة لخلق ميزات الاحجام والهندسي من الفائدة ، وربما بمعدلات أسرع والإنتاج الضخم ، وتشمل الكترونات شعاع الطباعة الحجرية والطباعة الحجرية نانوبصمه59،60،61،62،63،64،65. ومع ذلك ، لا تسمح هذه الطرق لنقش ميزات الهندسة النانو في الاجهزه المصنعة. وعاده ما تستخدم هذه الأساليب خلال عمليه التصنيع علي ورقه من السيليكون أو البوليمر ، والتي يمكن بعد ذلك ان تستخدم في المراحل النهائية للتجهيز لافتعال خداع الأخير.

كانت الأقطاب الكهربائية غير قادره علي الخضوع لعمليه مؤتمتة بسبب عدم وجود اي المواد المحيطة حول عرقوب القطب الذي لتضمين علامات ايماني في المدى. ولذلك ، تم محاذاة الأقطاب الكهربائية الوظيفية يدويا ومحفورا في أقسام 500 μm علي طول الساق ، وذلك باستخدام نفس التيار الأيوني والجهد الكهربي كالتشغيل التلقائي لضمان نفس احجام الميزات. وكان الشعاع لأعاده تنظيمها يدويا بعد الانتهاء من كل الفاصل الزمني 500 μm واعداد لحفر القسم التالي. عمليه أعاده التنظيم اليدوي للأنماط كل 500 μm يمكن ان يؤدي إلى التالفة النانو أو الهياكل التي لا تتطابق مع الهندسة المقصودة. ويرجع ذلك إلى فترات التعرض الأطول التي يحتاجها شعاع الأيون لمحاذاة يدوية66. وكانت هذه أحدي الصعوبات المصادفة في النقش اليدوي. ونظرا لهذه التعقيدات ، كانت هناك اتصالات تسجيل قصيرة وغير قادره علي تسجيل إمكانات العمل العصبية (الشكل 6). يوضح الشكل 6 شريحة التسجيل المباشر الكهربية من الحيوانية المزروعة بالقطب المعماري النانو. المربعات الزرقاء الخطوط العريضة القناات تسجيل إمكانات العمل القوي ، بالمقارنة مع المربعات الحمراء التي تدل علي قناتين القتلى. التالي ، واحده من التحديات التي تواجه استخدام دليل الحفر الاكذوبه علي أقطاب ما بعد المصنعة هو ان هناك فرصه ان شعاع يمكن الاتصالات الدائرة القصيرة ومنعهم من التسجيل. ويتعزز هذا التحدي عند محاولة حفر الجانب الامامي من أقطاب السيليكون عرقوب واحد, التي تسجيل الاتصالات وأثار علي طول ساق كامله من القطب. علي الرغم من انه من الممكن حفر السليكون حول تسجيل الاتصالات والآثار ، ينصح بتوخي الحذر الزائد لتجنب الضرر وانخفاض أداء قدرات تسجيل القطب الكهربائي.

كما ذكر سابقا ، يمكن استخدام الاكذوبه علي مواد مختلفه لحفر العديد من ميزه هندسي في السطح. ومع ذلك ، من المهم ان نلاحظ ان المعلمات لحفر هندسي ، مثل خطوط في المواد المختلفة ، معقده للتنبؤ. خاصه بالنسبة للأنماط الخطية ، فان عرض الخط وعمقه يعتمدان بشده علي العديد من المعلمات مثل الجهد المتسارع ، والشعاع الحالي ، ووقت السكون ، وتباعد البكسل ، وعمر الفتحة ونوع المادة. معلمه أخرى التي تنتج عن التحسين هو الوقت الإجمالي لمطحنه كل سطر. ويمكن تحقيق خطوط أضيق وأعمق باستخدام تيارات شعاع أصغر ؛ ومع ذلك ، فان الوقت نمط لساق التحقيق بأكمله تمتد إلى عده أيام ، والتي ليست عمليه. التالي ، وعلي الرغم من انه من الممكن تحقيق الأمثل للبروتوكول المعروض هنا ، سيكون من الصعب للغاية وصف بارامترات المواد غير المعروفة. في استكشاف الأخطاء وإصلاحها المعلمات لتحقيقات السيليكون الموصوفة في هذا البروتوكول ، تم اجراء العديد من تخفيضات الاختبار في السيليكون لتقييم كيفيه تاثير الظروف المتغيرة علي عرض الخط وأعماقه. بمجرد ان الظروف التي تم تقييمها قادره علي حفر حجم ميزه محدده والهندسة من الفائدة (200 nm خطوط واسعه التي كانت 200 nm العميق) ، واستخدمت تلك المعلمات لكتابه البرنامج النصي. تم استخدام البرنامج النصي للتحكم في تباعد كل سطر ، من مركز إلى مركز ، والذي في هذا البروتوكول هو 300 nm. الدراسات المستقبلية التي تستخدم ركائز السيليكون/الاجهزه التي تتطلب احجام الميزات في مئات نانومتر ، يمكن استخدام المعلمات الموصوفة في هذا البروتوكول كنقطه انطلاق لاستكشاف الظروف اللازمة لإنشاء احجام الميزات المطلوبة. وسوف تكون هناك حاجه إلى مزيد من التحسين واستكشاف الأخطاء وإصلاحها من الظروف النقش للمعادن والبوليمر ركائز/الاجهزه. عموما ، وذلك باستخدام الاكذوبه لحفر نانو المعمارية في الأسطح المادية يسمح لمراقبه وافره والمرونة في ميزه هندسي ، واستخدام العديد من المواد المتوافقة ، وأنواع السطح عده ، بما في ذلك الاجهزه المصنعة. أظهرت النتائج التمثيلية المعروضة هنا الفوائد المحتملة التي لوحظت في دراساتنا لاستخدام الاكذوبه لحفر الهندسة النانو في سطح الأقطاب المجهرية داخل الاوعيه: 1) زيادة كثافة الخلايا العصبية و 2) الحد من علامات التهابات العصبية حول الاجهزه المزروعة مع النانو-الهندسة المعمارية ، المثل ، فان العمالة والأمثل للبروتوكول وصفها النقش نانو-الهندسة المعمارية ملامح في سطح ماده يمكن استخدامها لتحسين وظائف العديد من الاجهزه الطبية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.

Acknowledgments

تم دعم هذه الدراسة من قبل أداره الولايات المتحدة الامريكيه لشؤون المحاربين القدامى جوائز خدمه البحث والتطوير لأعاده التاهيل: #RX001664-01A1 (هيئه التنمية المجتمعية-1 ، Ereifej) و #RX002628-01A1 (د-2 ، Ereifej). ولا تمثل المحتويات اراء الاداره الامريكيه لشؤون قدامي المحاربين أو حكومة الولايات المتحدة. ويود المؤلفون ان يشكروا شركه فاي (الآن جزء من العلوم الحرارية العلمية) لمساعده الموظفين واستخدام الاجهزه ، والتي ساعدت في تطوير البرامج النصية المستخدمة في هذا البحث.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
16-Channel ZIF-Clip Headstage Tucker Davis Technologies ZC16 The headstage and headstage holder may need to be changed, depending on the electrode used. https://www.tdt.com/zif-clip-digital-headstages.html
1-meter cable, ALL spring wrapped Thomas Scientific 1213F04 Any non treated petri dish will suffice. https://www.thomassci.com/Laboratory-Supplies/Cell-Culture-Dishes/_/Non-Treated-Petri-Dishes?q=petri%20dish%20cell%20culture
32-Channel ZIF-Clip Headstage Holder Tucker Davis Technologies Z-ROD32 The headstage and headstage holder may need to be changed, depending on the electrode used. https://www.tdt.com/zif-clip-digital-headstages.html
Acetone, Thinner/Extender/Cleaner, 30ml Ted Pella 16023 https://www.tedpella.com/SEMmisc_html/SEMpaint.htm#anchor16062
Baby-Mixter Hemostat Fine Science Tools 13013-14 Any curved hemostat will suffice. https://www.finescience.com/en-US/Products/Forceps-Hemostats/Hemostats/Baby-Mixter-Hemostat
Carbon Conductive Tape, Double Coated Ted Pella 16084-7 The protocol suggested three options for mounting the functional electrode to the aluminum stub (copper or carbon conductive tape or a low profile clip. We utilized the carbon conductive tape in our study. https://www.tedpella.com/semmisc_html/semadhes.htm
Corning Costar Not Treated Multiple Well Plates - 6 well Sigma Aldrich CLS3736-100EA Any non-treated 6 well plate will suffice. https://www.sigmaaldrich.com/catalog/substance/
Dumont #5 Fine Forceps Fine Science Tools 11251-30 Either this fine forceps or the vacuum pump will suffice. https://www.finescience.com/en-US/Products/Forceps-Hemostats/Dumont-Forceps/Dumont-5-Forceps/11251-30
Ethanol, 190 proof (95%), USP, Decon Labs Fisher Scientific 22-032-600 Any 95% ethanol will suffice. https://www.fishersci.com/shop/products/ethanol-190-proof-95-usp-decon-labs-10/22032600
Falcon Cell Strainer Fisher Scientific 08-771-1 https://www.fishersci.com/shop/products/falcon-cell-strainers-4/087711
FEI, Tescan, Zeiss (also for Philips, Leo, Cambridge, Leica, CamScan), aluminum, grooved edge, Ø32mm Ted Pella 16148 Depending on the SEM machine used, you may need a different size stub. https://www.tedpella.com/SEM_html/SEMpinmount.htm#_16180
Fisherbrand Aluminum Foil, Standard-gauge roll Fisher Scientific 01-213-101 Any aluminum foil will suffice. https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-aluminum-foil-7/p-306250
Fisherbrand Low- and Tall-Form PTFE Evaporating Dishes Fisher Scientific 02-617-149 Any Teflon plate will suffice, this is used to dry the probes after washing on a surface they will not stick onto. https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-low-tall-form-ptfe-evaporating-dishes-12/p-88552
Michigan-style silicon functional electrode NeuroNexus A1x16-3mm-100-177 http://neuronexus.com/electrode-array/a1x16-3mm-100-177/
Model 1772 Universal holder KOPF Model 1772 Other stereotaxic frames and accessories will suffice. http://kopfinstruments.com/product/model-1772-universal-holder/
Model 900-U Small Animal Stereotaxic Instrument KOPF Model 900-U Other stereotaxic frames and accessories will suffice. http://kopfinstruments.com/product/model-900-small-animal-stereotaxic-instrument1/
Model 960 Electrode Manipulator with AP Slide Assembly KOPF Model 960 Other stereotaxic frames and accessories will suffice. http://kopfinstruments.com/product/model-1772-universal-holder/
Parafilm M 10cm x 76.2m (4" x 250') Ted Pella 807-5 https://www.tedpella.com/grids_html/807-2.htm
PELCO Vacuum Pick-Up System, 220V Ted Pella 520-1-220 Either this vacuum pump or the fine forceps will suffice. http://www.tedpella.com/grids_html/Vacuum-Pick-Up-Systems.htm#anchor-520
PELCO Conductive Silver Paint Ted Pella 16062 https://www.tedpella.com/SEMmisc_html/SEMpaint.htm#anchor16062
SEM FIB FEI Helios 650 Nanolab Thermo Fisher Scientific Helios G2 650 This is the specific focused ion beam and scanning electron microscope used in the protocol. The Nanobuilder software is what it comes with. If a different FIB instrument is used, it may not be completely compatible with the protocol, specifically the steps requiring the Nanobuilder software. https://www.fei.com/products/dualbeam/helios-nanolab/

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Salcman, M., Bak, M. J. A new chronic recording intracortical microelectrode. Medical and Biological Engineering. 14 (1), 42-50 (1976).
  2. Im, C., Seo, J. -M. A review of electrodes for the electrical brain signal recording. Biomedical Engineering Letters. 6 (3), 104-112 (2016).
  3. Donoghue, J. Bridging the Brain to the World: A Perspective on Neural Interface Systems. Neuron. 60 (3), 511-521 (2008).
  4. Gilja, V., et al. Clinical translation of a high-performance neural prosthesis. Nature medicine. 21 (10), 1142-1145 (2015).
  5. Wolpaw, J. R., McFarland, D. J. Control of a two-dimensional movement signal by a noninvasive brain-computer interface in humans. Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (51), 17849-17854 (2004).
  6. Ajiboye, A. B., et al. Restoration of reaching and grasping in a person with tetraplegia through brain-controlled muscle stimulation: a proof-of-concept demonstration. Lancet. 389 (10081), 1821-1830 (2017).
  7. Polikov, V. S., Tresco, P. A., Reichert, W. M. Response of brain tissue to chronically implanted neural electrodes. Journal of Neuroscience Methods. 148 (1), 1-18 (2005).
  8. Barrese, J. C., et al. Failure mode analysis of silicon-based intracortical microelectrode arrays in non-human primates. Journal of Neural Engineering. 10 (6), 066014 (2013).
  9. McConnell, G. C., et al. Implanted neural electrodes cause chronic, local inflammation that is correlated with local neurodegeneration. Journal of Neural Engineering. 6 (5), 056003 (2009).
  10. Potter, K. A., Buck, A. C., Self, W. K., Capadona, J. R. Stab injury and device implantation within the brain results in inversely multiphasic neuroinflammatory and neurodegenerative responses. Journal of Neural Engineering. 9 (4), 046020 (2012).
  11. Biran, R., Martin, D. C., Tresco, P. A. Neuronal cell loss accompanies the brain tissue response to chronically implanted silicon microelectrode arrays. Experimental Neurology. 195 (1), 115-126 (2005).
  12. Kozai, T. D., Jaquins-Gerstl, A. S., Vazquez, A. L., Michael, A. C., Cui, X. T. Brain tissue responses to neural implants impact signal sensitivity and intervention strategies. ACS Chemical Neurosciences. 6 (1), 48-67 (2015).
  13. Jorfi, M., Skousen, J. L., Weder, C., Capadona, J. R. Progress towards biocompatible intracortical microelectrodes for neural interfacing applications. Journal of Neural Engineering. 12 (1), 011001 (2015).
  14. Michelson, N. J., et al. Multi-scale, multi-modal analysis uncovers complex relationship at the brain tissue-implant neural interface: new emphasis on the biological interface. Journal of Neural Engineering. 15 (3), 033001 (2018).
  15. Saxena, T., et al. The impact of chronic blood-brain barrier breach on intracortical electrode function. Biomaterials. 34 (20), 4703-4713 (2013).
  16. Potter, K. A., et al. The effect of resveratrol on neurodegeneration and blood brain barrier stability surrounding intracortical microelectrodes. Biomaterials. 34, 7001-7015 (2013).
  17. Ravikumar, M., et al. The Roles of Blood-derived Macrophages and Resident Microglia in the Neuroinflammatory Response to Implanted Intracortical Microelectrodes. Biomaterials. 0142 (35), 8049-8064 (2014).
  18. Hermann, J., Capadona, J. Understanding the Role of Innate Immunity in the Response to Intracortical Microelectrodes. Critical Reviews in Biomedical Engineering. 46 (4), 341-367 (2018).
  19. Ereifej, E. S., et al. Implantation of Intracortical Microelectrodes Elicits Oxidative Stress. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. , https://doi.org/10.3389/fbioe.2018.00009 (2018).
  20. Block, M. L., Zecca, L., Hong, J. S. Microglia-mediated neurotoxicity: uncovering the molecular mechanisms. Nature Reviews Neuroscience. 8 (1), 57-69 (2007).
  21. Nguyen, J. K., et al. Influence of resveratrol release on the tissue response to mechanically adaptive cortical implants. Acta Biomaterialia. 29, 81-93 (2016).
  22. Salatino, J. W., Ludwig, K. A., Kozai, T. D., Purcell, E. K. Glial responses to implanted electrodes in the brain. Nature Biomedical Engineering. 1 (11), 862 (2017).
  23. Block, M. L., Zecca, L., Hong, J. -S. Microglia-mediated neurotoxicity: uncovering the molecular mechanisms. Nature Reviews Neuroscience. 8 (1), 57-69 (2007).
  24. Biran, R., Martin, D., Tresco, P. Neuronal cell loss accompanies the brain tissue response to chronically implanted silicon microelectrode arrays. Experimental Neurology. 195 (1), 115-126 (2005).
  25. Liu, X., et al. Stability of the interface between neural tissue and chronically implanted intracortical microelectrodes. IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering. 7 (3), 315-326 (1999).
  26. Ereifej, E. S., et al. The Neuroinflammatory Response to Nanopatterning Parallel Grooves into the Surface Structure of Intracortical Microelectrodes. Advanced Functional Materials. , (2017).
  27. Nguyen, J. K., et al. Mechanically-compliant intracortical implants reduce the neuroinflammatory response. Journal of Neural Engineering. 11 (5), 056014 (2014).
  28. Wei, X., et al. Nanofabricated Ultraflexible Electrode Arrays for High-Density Intracortical Recording. Advanced Science. , 1700625 (2018).
  29. Patel, P. R., et al. Chronic in vivo stability assessment of carbon fiber microelectrode arrays. Journal of Neural Engineering. 13 (6), 066002 (2016).
  30. Chen, R., Canales, A., Anikeeva, P. Neural recording and modulation technologies. Nature Reviews Materials. 2 (2), 16093 (2017).
  31. Kim, Y., et al. Nano-Architectural Approaches for Improved Intracortical Interface Technologies. Frontiers in Neuroscience. 12, (2018).
  32. Millet, L. J., Bora, A., Sweedler, J. V., Gillette, M. U. Direct cellular peptidomics of supraoptic magnocellular and hippocampal neurons in low-density co-cultures. ACS Chemical Neurosciences. 1 (1), 36-48 (2010).
  33. Ding, H., Millet, L. J., Gillette, M. U., Popescu, G. Actin-driven cell dynamics probed by Fourier transform light scattering. Biomedical Optical Express. 1 (1), 260-267 (2010).
  34. Kotov, N. A., et al. Nanomaterials for Neural Interfaces. Advanced Materials. 21 (40), 3970-4004 (2009).
  35. Curtis, A. S., et al. Cells react to nanoscale order and symmetry in their surroundings. IEEE Trans Nanobioscience. 3 (1), 61-65 (2004).
  36. Zervantonakis, I. K., Kothapalli, C. R., Chung, S., Sudo, R., Kamm, R. D. Microfluidic devices for studying heterotypic cell-cell interactions and tissue specimen cultures under controlled microenvironments. Biomicrofluidics. 5 (1), 13406 (2011).
  37. Ereifej, E. S., et al. Nanopatterning effects on astrocyte reactivity. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 101 (6), 1743-1757 (2013).
  38. Ereifej, E. S., Cheng, M. M. -C., Mao, G., VandeVord, P. J. Examining the inflammatory response to nanopatterned polydimethylsiloxane using organotypic brain slice methods. Journal of Neuroscience Methods. 217 (1-2), 17-25 (2013).
  39. Ereifej, E. S., et al. The Neuroinflammatory Response to Nanopatterning Parallel Grooves into the Surface Structure of Intracortical Microelectrodes. Advanced Functional Materials. 28 (12), 1704420 (2018).
  40. Buzsáki, G. Large-scale recording of neuronal ensembles. Nature Neuroscience. 7 (5), 446-451 (2004).
  41. Mullen, R. J., Buck, C. R., Smith, A. M. NeuN, a neuronal specific nuclear protein in vertebrates. Development. 116 (1), 201-211 (1992).
  42. Rennaker, R. L., Miller, J., Tang, H., Wilson, D. A. Minocycline increases quality and longevity of chronic neural recordings. Journal of Neural Engineering. 4 (2), 1-5 (2007).
  43. Sladek, Z., Rysanek, D. Expression of macrophage CD14 receptor in the course of experimental inflammatory responses induced by lipopolysaccharide and muramyl dipeptide. Veterinarni Medicina. 53 (7), 347-357 (2008).
  44. Janova, H., et al. CD14 is a key organizer of microglial responses to CNS infection and injury. Glia. , (2015).
  45. Ziegler-Heitbrock, H. W. L., Ulevitch, R. J. CD14: Cell surface receptor and differentiation marker. Immunology Today. 14 (3), 121-125 (1993).
  46. Lowenstein, C. J., Padalko, E. iNOS (NOS2) at a glance. Journal of Cell Science. 117 (14), 2865-2867 (2004).
  47. Aktan, F. iNOS-mediated nitric oxide production and its regulation. Life Sciences. 75 (6), 639-653 (2004).
  48. Kozai, T. D., et al. Comprehensive chronic laminar single-unit, multi-unit, and local field potential recording performance with planar single shank electrode arrays. Journal of Neurosciences Methods. 242, 15-40 (2015).
  49. Kozai, T. D., et al. Mechanical failure modes of chronically implanted planar silicon-based neural probes for laminar recording. Biomaterials. 37, 25-39 (2015).
  50. Raffa, V., Vittorio, O., Pensabene, V., Menciassi, A., Dario, P. FIB-nanostructured surfaces and investigation of bio/nonbio interactions at the nanoscale. IEEE Transactions on Nanobioscience. 7 (1), 1-10 (2008).
  51. Lehrer, C., Frey, L., Petersen, S., Ryssel, H. Limitations of focused ion beam nanomachining. Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena. 19 (6), 2533-2538 (2001).
  52. Watkins, R., Rockett, P., Thoms, S., Clampitt, R., Syms, R. Focused ion beam milling. Vacuum. 36 (11-12), 961-967 (1986).
  53. Veerman, J., Otter, A., Kuipers, L., Van Hulst, N. High definition aperture probes for near-field optical microscopy fabricated by focused ion beam milling. Applied Physics Letters. 72 (24), 3115-3117 (1998).
  54. Lanyon, Y. H., Arrigan, D. W. Recessed nanoband electrodes fabricated by focused ion beam milling. Sensors and Actuators B: Chemical. 121 (1), 341-347 (2007).
  55. Menard, L. D., Ramsey, J. M. Fabrication of sub-5 nm nanochannels in insulating substrates using focused ion beam milling. Nano Letters. 11 (2), 512-517 (2010).
  56. Ziberi, B., Cornejo, M., Frost, F., Rauschenbach, B. Highly ordered nanopatterns on Ge and Si surfaces by ion beam sputtering. Journal of Physics: Condensed Matter. 21 (22), 224003 (2009).
  57. Reyntjens, S., Puers, R. A review of focused ion beam applications in microsystem technology. Journal of Micromechanics and Microengineering. 11 (4), 287 (2001).
  58. Heyderman, L., David, C., Kläui, M., Vaz, C., Bland, J. Nanoscale ferromagnetic rings fabricated by electron-beam lithography. Journal of Applied Physics. 93 (12), 10011-10013 (2003).
  59. Baquedano, E., Martinez, R. V., Llorens, J. M., Postigo, P. A. Fabrication of Silicon Nanobelts and Nanopillars by Soft Lithography for Hydrophobic and Hydrophilic Photonic Surfaces. Nanomaterials. 7 (5), 109 (2017).
  60. Eom, H., et al. Nanotextured polymer substrate for flexible and mechanically robust metal electrodes by nanoimprint lithography. ACS Applied Materials & Interfaces. 7 (45), 25171-25179 (2015).
  61. Li, K., Morton, K., Veres, T., Cui, B. 5.11 Nanoimprint Lithography and Its Application in Tissue Engineering and Biosensing. Comprehensive Biotechnology. , 125-139 (2011).
  62. Dong, B., Zhong, D., Chi, L., Fuchs, H. Patterning of conducting polymers based on a random copolymer strategy: Toward the facile fabrication of nanosensors exclusively based on polymers. Advanced Materials. 17 (22), 2736-2741 (2005).
  63. Dalby, M. J., Gadegaard, N., Wilkinson, C. D. The response of fibroblasts to hexagonal nanotopography fabricated by electron beam lithography. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 84 (4), 973-979 (2008).
  64. Tseng, A. A., Chen, K., Chen, C. D., Ma, K. J. Electron beam lithography in nanoscale fabrication: recent development. IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing. 26 (2), 141-149 (2003).
  65. Yang, Y., Leong, K. W. Nanoscale surfacing for regenerative medicine. Wiley Interdisciplinary Reviews: Nanomedicine and Nanobiotechnology. 2 (5), 478-495 (2010).
  66. Vermeij, T., Plancher, E., Tasan, C. Preventing damage and redeposition during focused ion beam milling: The "umbrella" method. Ultramicroscopy. 186, 35-41 (2018).

Tags

الهندسة الحيوية ، العدد 155 ، وركزت الطباعة الحجرية شعاع الأيون ، الأقطاب المجهرية داخل الداخل ، نانو العمارة ، الفيزيولوجيا الكهربية ، التهاب الأعصاب ، التوافق البيولوجي
تخطيط الاشعه الايونيه المركزة لحفر نانو-البنيات في ميكرواقطاب
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Mahajan, S., Sharkins, J. A.,… More

Mahajan, S., Sharkins, J. A., Hunter, A. H., Avishai, A., Ereifej, E. S. Focused Ion Beam Lithography to Etch Nano-architectures into Microelectrodes. J. Vis. Exp. (155), e60004, doi:10.3791/60004 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter