Summary
Vi beskriver her en metode for å fabrikkere Ti3C2 MXene mikroelektrode arrayer og utnytte dem for in vivo nevrale opptak.
Abstract
Implanterbare mikroelektrodeteknologier har blitt mye brukt til å belyse nevrale dynamikker på mikroskalaen for å få en dypere forståelse av nevrale underbyggelse av hjernesykdom og skade. Ettersom elektroder miniatyriseres til omfanget av individuelle celler, begrenser en tilsvarende økning i grensesnittimpedansen kvaliteten på registrerte signaler. I tillegg er konvensjonelle elektrodematerialer stive, noe som resulterer i en betydelig mekanisk mismatch mellom elektroden og det omkringliggende hjernevevet, noe som fremkaller en inflammatorisk respons som til slutt fører til en nedbrytning av enhetens ytelse. For å løse disse utfordringene har vi utviklet en prosess for å fremstille fleksible mikroelektroder basert på Ti3C2 MXene, et nylig oppdaget nanomateriale som besitter bemerkelsesverdig høy volumetrisk kapasitans, elektrisk ledningsevne, overflatefunksjonalitet og prosessabilitet i vandige dispersjoner. Fleksible arrayer av Ti3C2 MXene mikroelektroder har bemerkelsesverdig lav impedans på grunn av høy ledningsevne og høyt spesifikt overflateareal av Ti3C2 MXene-filmene, og de har vist seg å være utsøkt følsomme for opptak av nevronal aktivitet. I denne protokollen beskriver vi en ny metode for mikromønster Ti3C2 MXene i mikroelektrodearrayer på fleksible polymeriske substrater og skisserer bruken for in vivo mikroelektrocorticography opptak. Denne metoden kan enkelt utvides til å lage MXene elektrode arrays av vilkårlig størrelse eller geometri for en rekke andre applikasjoner i bioelektronikk, og det kan også tilpasses for bruk med andre ledende blekk i tillegg til Ti3C2 MXene. Denne protokollen muliggjør enkel og skalerbar fabrikasjon av mikroelektroder fra løsningsbaserte ledende blekk, og gjør det spesielt mulig å utnytte de unike egenskapene til hydrofile Ti3C2 MXene for å overvinne mange av barrierene som lenge har hindret den utbredte innføringen av karbonbaserte nanomaterialer for høy-fidelity nevrale mikroelektroder.
Introduction
Å forstå de grunnleggende mekanismene som ligger til grunn for nevrale kretser, og hvordan deres dynamikk endres i sykdom eller skade, er et kritisk mål for å utvikle effektive terapeutiske midler for et bredt spekter av nevrologiske og nevromuskulære lidelser. Mikroelektrodeteknologier har blitt mye brukt til å belyse nevrale dynamikker på fine romlige og timelige skalaer. Men å skaffe stabile opptak med høyt signal-til-støy-forhold (SNR) fra mikroskalaelektroder har vist seg å være spesielt utfordrende. Etter hvert som dimensjonene til elektrodene reduseres for å nærme seg mobilskala, forringer en tilsvarende økning i elektrodeimpedanssignalkvalitet1. I tillegg har mange studier vist at stive elektroder bestående av konvensjonelle silisium og metall elektroniske materialer gir betydelig skade og betennelse i nevrale vev, noe som begrenser deres nytte for langsiktig opptak2,3,4,5. Gitt disse fakta, det har vært betydelig interesse i å utvikle mikroelektroder med nye materialer som kan redusere elektrode-vev grensesnitt impedans og kan innlemmes i myke og fleksible formfaktorer.
En vanlig brukt metode for å redusere elektrodevevsgrensesnittets impedans øker området over hvilke ioniske arter i den ekstracellulære væsken kan samhandle med elektroden, eller det "effektive overflateområdet" av elektroden. Dette kan oppnås gjennom nanopatterning6, overflate roughening7,eller elektroplating med porøse tilsetningsstoffer8,9. Nanomaterialer har fått betydelig oppmerksomhet på dette feltet fordi de tilbyr iboende høye spesifikke overflateområder og unike kombinasjoner av gunstige elektriske og mekaniske egenskaper10. For eksempel har karbonnanorør blitt brukt som et belegg for å redusere elektrodeimpedansen11,12,13, grafenoksid har blitt behandlet til myke, fleksible frittstående sondeelektroder14,og laserpyrolyserte porøse grafen er benyttet for fleksible, lavimpedans mikro-elektrocorticography (mikro-ECoG) elektroder15. Til tross for deres løfte har mangel på skalerbare monteringsmetoder begrenset den utbredte innføringen av nanomaterialer for nevrale grensesnittelektroder. Karbonbaserte nanomaterialer er spesielt hydrofobe, og krever dermed bruk av overflateaktive stoffer16,supersyrer17eller overflatefunksjonalisering18 for å danne vandige dispersjoner for løsningsprosesseringsfabrikasjonsmetoder, mens alternative metoder for fabrikasjon, for eksempel kjemisk dampdeponering (CVD), vanligvis krever høye temperaturer som er uforenlige med mange polymere substrater19,20,21 ,22.
Nylig har en klasse av todimensjonale (2D) nanomaterialer, kjent som MXenes, blitt beskrevet som gir en eksepsjonell kombinasjon av høy ledningsevne, fleksibilitet, volumetrisk kapasitans og iboende hydrofilitet, noe som gjør dem til en lovende klasse av nanomaterialer for nevrale grensesnittelektroder23. MXenes er en familie av 2D overgang metall karbider og nitrider som er oftest produsert ved selektivt etsing A-elementet fra lagdelte forløpere. Dette er vanligvis MAX-faser med den generelle formelen Mn+1AXn, der M er et tidlig overgangsmetall, A er et gruppe 12-16-element i den periodiske tabellen, X er karbon og/eller nitrogen, og n = 1, 2 eller 324. Todimensjonale MXene flak har overflateavsluttende funksjonelle grupper som kan omfatte hydroksyl (−OH), oksygen (−O) eller fluor (−F). Disse funksjonelle gruppene gjør MXenes iboende hydrofil og muliggjør fleksibel overflatemodifisering eller funksjonalisering. Av den store klassen av MXenes har Ti3C2 vært den mest omfattende studerte og karakteriserte25,26,27. Ti3C2 viser bemerkelsesverdig høyere volumetrisk kapasitans (1500 F /cm3)28 enn aktivert grafen (~ 60−100 F/cm3)29, karbidavledet karboner (180 F / cm3)30,og grafen gel filmer (~ 260 F / cm3)31. Videre viser Ti3C2 ekstremt høy elektronisk ledningsevne (~ 10.000 S / cm)32, og dens biokompatibilitet har blitt vist i flere studier33,34,35,36. Den høye volumetriske kapasitansen til Ti3C2-filmer er en fordel for biologiske sensing- og stimuleringsapplikasjoner, fordi elektroder som viser kapasitive ladeoverføring, kan unngå potensielt skadelige hydrolysereaksjoner.
Vår gruppe har nylig vist fleksible, tynnfilm Ti3C2 mikroelektrode arrays, utarbeidet ved hjelp av løsningsbehandlingsmetoder, som er i stand til å registrere både mikro-elektrocorticography (micro-ECoG) og intrakortikal neuronal spiking aktivitet in vivo med høy SNR36. Disse MXene elektrodene viste betydelig redusert impedans sammenlignet med størrelsestilpassede gull (Au) elektroder, som kan tilskrives den høye ledningsevnen til MXene og det høye overflatearealet av elektrodene. I denne protokollen beskriver vi de viktigste trinnene for å fabrikkere planar mikroelektrodearrayer av Ti3C2 MXene på fleksible paryl-C-substrater og bruk dem på vivo for intraoperativ mikro-ECoG-opptak. Denne metoden utnytter den hydrofile naturen til MXene, noe som gjør det mulig å bruke løsningsbehandlingsmetoder som er enkle og skalerbare, samtidig som den ikke krever bruk av overflateaktive stoffer eller supersyrer for å oppnå stabile vandige suspensjoner. Denne enkle prosessen kan muliggjøre kostnadseffektiv produksjon av MXene biosensorer i industrielle skalaer, noe som har vært en stor begrensning for den utbredte innføringen av enheter basert på andre karbonnanomaterialer. Den viktigste innovasjonen i elektrodefabrikasjonen ligger i bruk av et offerpolymerlag for å mikromønstre MXene etter spin-belegg, en metode tilpasset fra litteratur om løsningsbehandlet poly(3,4-etyledioxythiophene):poly(styren) (PEDOT:PSS) mikroelektroder37, men som ikke tidligere hadde blitt beskrevet for mønstermxen. De eksepsjonelle elektriske egenskapene til Ti3C2, kombinert med sin processability og 2D morfologi gjør det til et svært lovende materiale for nevrale grensesnitt. Spesielt tilbyr Ti3C2 en rute mot å overvinne den grunnleggende avveiningen mellom elektrodegeometrisk område og elektrokjemisk grensesnittimpedans, en primær begrensende faktor for mikroskala elektrodeytelse. I tillegg kan fabrikasjonsprosedyren som er beskrevet i denne protokollen tilpasses for å produsere MXene elektrodearrayer av varierende størrelser og geometrier for ulike opptaksparadigmer, og kan også enkelt tilpasses for å innlemme andre ledende blekk i tillegg til MXene.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle in vivo prosedyrer i samsvar med National Institutes of Health (NIH) Guide for omsorg og bruk av laboratoriedyr og ble godkjent av Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) ved University of Pennsylvania.
1. Syntese av Ti3C2 MXene
MERK: Reaksjonsprosedyrene som er beskrevet i denne delen er beregnet for bruk inne i en kjemisk røykhette. Vasketrinn som inngår i denne prosedyren er ment å brukes med balansertsentrifugerør. Alt avfall som produseres anses som farlig avfall og bør kastes på riktig måte etter universitetets retningslinjer.
FORSIKTIG: Hydrofluorsyre (HF) er en ekstremt farlig, svært korroderende syre. Se materialsikkerhetsdatabladene (MSDS) for kjemikaliene som brukes til å syntetisere MXenes før bruk og implementere og følge egnede sikkerhetstiltak. Passende personlig verneutstyr (PPE) for håndtering av HF inkluderer en laboratoriefrakk, syrebestandig forkle, nær-toed sko, lange bukser, briller, full ansiktsskjerm, nitrilhansker og HF-resistente hansker laget av butylgummi eller neoprengummi.
- MAX fasesyntese
- Syntetisere Ti3AlC2 ved ballfresing TiC (2 μm), Ti (44 μm) og Al (44 μm) pulver ved et molarforhold (TiC:Ti:Al) på 2:1:1 for 18 timer ved hjelp av zirkoniaballer. Plasser pulverene i en aluminadige, varme til 1380 °C (5 °C oppvarmingshastighet) og hold i 2 timer under argon. Etter at pulverene er avkjølt, fres maxblokken og sikt gjennom en 200 nettingsil (<74 μm partikkelstørrelse).
MERK: Ti3AlC2 MAX faseforløperen som brukes til å syntetisere MXenes har vist seg å ha direkte implikasjoner på de resulterende Ti3C2 MXene egenskapene38. Ti3C2 som brukes til å fremstille nevrale elektroder ble selektivt etset fra MAX forberedt etter en tidligere prosedyre26.
- Syntetisere Ti3AlC2 ved ballfresing TiC (2 μm), Ti (44 μm) og Al (44 μm) pulver ved et molarforhold (TiC:Ti:Al) på 2:1:1 for 18 timer ved hjelp av zirkoniaballer. Plasser pulverene i en aluminadige, varme til 1380 °C (5 °C oppvarmingshastighet) og hold i 2 timer under argon. Etter at pulverene er avkjølt, fres maxblokken og sikt gjennom en 200 nettingsil (<74 μm partikkelstørrelse).
- Etsning: Fjerning av Al-laget i Ti3AlC2 i en sur etfortryllende løsning (Figur 1A)
- Forbered den selektive etsingsløsningen i en 125 ml plastbeholder ved først å legge til 12 ml deionisert vann (DI H2O) etterfulgt av tilsetning av 24 ml saltsyre (HCl). Bruk alle passende HF etsing PPE, tilsett 4 ml HF til etchant beholderen. Utfør selektiv etsing ved sakte å legge til 2 g Ti3AlC2 MAX fase til reaksjonsbeholderen og rør med en Teflon magnetisk bar i 24 timer ved 35 ° C ved 400 rpm.
- Vasking: Bringe materialet til nøytral pH.
- Fyll to 175 ml sentrifugerør med 100 ml DI H2O. Del gummireaksjonsblandingen i 175 ml sentrifugerør og vask materialet ved gjentatt sentrifugering ved 3500 rpm (2550 x g)i 5 min. Dekanter den sure supernatanten i en plastfarlig avfallsbeholder. Gjenta til pH når 6.
- Intercalation: Innsetting av molekyler mellom flerlags MXene partikkel for å waken ut av flyet interaksjoner (Figur 1B)
- Tilsett 2 g litiumklorid (LiCl) til 100 ml DI H2O og rør ved 200 o/min til oppløst. Bland 100 ml LiCl/H2O med Ti3C2/Ti3AlC2-sedimentet og rør reaksjonen i 12 timer ved 25 °C.
- Avviklende: Eksfoliering fra bulk flerlags partikkel til enkelt- til få-lags Ti3C2 MXene (Figur 1C)
- Vask intercalation reaksjonen i 175 ml sentrifugerør ved sentrifugering på 2550 x g i 5 min. Dekanter den klare supernatant. Gjenta til en mørk supernatant er funnet.
- Fortsett å sentrifuge i 1 t ved 2550 x g. Dekanter den fortynnende grønne supernatanten.
- Re-disperger ei det hovne sedimentet med 150 ml DI H2O. Overfør supernatant til 50 ml sentrifugerør og sentrifuge ved 2550 x g i 10 min for å skille gjenværende MAX (sediment) fra MXene (supernatant).
MERK: Redispersjon av sedimentet vil bli vanskelig og vil kreve agitasjon eller manuell risting. - Samle supernatant som Ti3C2 MXene. Utfør ytterligere størrelsesvalg og optimalisering av løsningen for å isolere enkelt- til få-lags flak ved å samle supernatanten etter et sentrifugeringstrinn på 2550 x g i 1 time.
- Løsningslagring: Emballasje av MXene-blekket for langtidslagring (figur 1D)
- Argon boble løsningene i 30 min før emballasje i en Argon forseglet headspace hetteglass (overføring via en sprøyte). Oppbevar løsninger ved høye konsentrasjoner (>5 mg/ml), vekk fra sollys og ved lave temperaturer (≤5 °C) for å sikre lang levetid.
2. Fabrikasjon av Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays
MERK: Prosedyren som er beskrevet i denne delen er beregnet for bruk inne i et standard anlegg for rent rom ved universitetet, for eksempel Singh Center for Nanotechnology ved University of Pennsylvania. Dette anlegget, samt lignende fasiliteter, er tilgjengelig for eksterne brukere som en del av National Nanotechnology Infrastructure Network (NNIN) støttet av National Science Foundation (NSF). I disse anleggene er mange av verktøyene, utstyret og materialene som er beskrevet i denne delen, gitt sammen med tilgang til ren romanlegget og ville ikke kreve separat kjøp.
FORSIKTIG: Mange av kjemikaliene som brukes i fabrikasjon av MXene elektroder er farlige, inkludert fotoresists, RD6 utvikler, remover PG, aluminium etsing løsning, og bufret oksid etforkjærlighet. Rådfør deg med MSDS for disse kjemikaliene før bruk og implementer og følg egnede sikkerhetstiltak til enhver tid. Alle kjemikalier skal håndteres i en røykhette.
- Sett et 4 μm tykt bunnlag med parylen-C på en ren Si wafer (se figur 2A).
- Bruk den første fotomasken (maske-1) til å definere metallsammenkoblingene til enhetene, samt en metallring rundt kanten av wafer for å hjelpe til med senere opphevingstrinn (Figur 2B).
- Spin coat NR71-3000p på wafer på 3000 o/min for 40 s. Myk bake wafer på en kokeplate i 14,5 min ved 95 ° C.
- Legg wafer og maske-1 inn i en maske aligner. Plasser wafer slik at ringen på fotomasken overlapper med alle kanter på wafer.
- Eksponere med i-line (365 nm bølgelengde) i en dose på 90 mJ/cm2. Hard bake wafer på en kokeplate i 1 min ved 115 °C.
- Fordyp wafer i RD6-utvikleren i 2 min, kontinuerlig agitating løsningen. Skyll grundig med DI H2O og føn med en N2 pistol.
- Bruk en elektronstrålefordamper til å deponere 10 nm Ti, etterfulgt av 100 nm Au på wafer.
MERK: Typiske avsetningsparametere er et grunntrykk på 5 x 10-7 Torr og en hastighet på 2 Å/s. - Fordyp wafer en remover PG for ~ 10 min til photoresist er oppløst og overflødig metall har fullstendig løftet av, slik at Ti / Au bare i ønsket sammenkobling spor og ringen rundt kanten av wafer. Når opphevingen vises ferdig, sonikere i 30 s for å fjerne eventuelle gjenværende spor av uønsket metall. Skyll wafer først i ren remover PG-oppløsning, skyll deretter grundig i DI H2O og tørk wafer en N2 pistol.
- Deponer offerparylen-C-laget (figur 2C).
- Utsett wafer en O2 plasma i 30 s for å gjengi det underliggende parylen-C-laget hydrofile. Spin coat 2% rengjøringsløsning (f.eks. Micro-90) i DI H2O på wafer en 1000 opm i 30 s. La wafer luft tørke i minst 5 min.
MERK: Den fortynnesåpeoppløsningen fungerer som et antilim, slik at offerparylen-C-laget kan skrelles opp senere i prosessen. - Deponer 3 μm parylen-C på wafer.
- Utsett wafer en O2 plasma i 30 s for å gjengi det underliggende parylen-C-laget hydrofile. Spin coat 2% rengjøringsløsning (f.eks. Micro-90) i DI H2O på wafer en 1000 opm i 30 s. La wafer luft tørke i minst 5 min.
- Bruk den andre fotomasken (maske-2) til å definere MXene-mønstrene og en ring rundt kanten av wafer (figur 2D).
- Gjenta trinn 2.2.1−2.2.4, denne gangen ved hjelp av maske-2 og juster justeringsmerkene forsiktig mellom wafer og fotomaske før eksponering.
- Bruk O2 plasmareaktiv ionetsning (RIE) til å etse gjennom offerparylen-C-laget i områdene som ikke dekkes av fotoresisten til å definere MXene-elektrodene og sporene, som delvis skal overlappe med Ti/Au-sammenkoblingene, samt ringen rundt kantene på waferen. Bekreft fullstendig etsing av offerparylen-C-laget ved hjelp av et profilometer for å måle profilen mellom de eksponerte Ti/Au-sammenkoblingene og det nederste parylen-C-laget.
MERK: Når etsingen er fullført, vil profilen over den eksponerte metalloverflaten være jevn, mens det nederste parylen-C-laget vil være grovt og delvis etset. Dette etsetrinnet skal fullføres i et planaretch RIE-system, ikke en tønnerumpe, og etsetider og parametere vil være svært avhengig av RIE-systemet.
- Spin-coat MXene oppløsningen på wafer (Figur 2E).
- Pipette MXene oppløsning på hver av de ønskede MXene mønstre, deretter spinne wafer på 1000 rpm for 40 s. Tørk wafer på en 120 ° C kokeplate i 10 min for å fjerne eventuelle gjenværende vann fra MXene filmen.
- Bruk en elektronstrålefordamper til å deponere 50 nm SiO2 på wafer, for å fungere som et beskyttende lag over MXene-mønstrene for påfølgende behandlingstrinn.
MERK: Typiske avsetningsparametere er et grunntrykk på 5 x 10-7 Torr og en hastighet på 2 Å/s. - Fjern offerparylen-C-laget for å mønstre MXene- og SiO2-lagene (figur 2F).
- Påfør en liten dråpe DI H2O på kanten av wafer og bruk pinsett for å skrelle opp offerparylen-C-laget, som begynner der kantene er definert i ringen rundt utsiden av wafer.
MERK: Vannet kombineres med såperester under offerparylen-C-laget for å muliggjøre denne opphevingen. - Skyll waferen grundig i DI H2O for å fjerne eventuelle gjenværende rester av rengjøringsoppløsningen. Tørk wafer med en N2 pistol, og legg deretter på en 120 ° C kokeplate i 1 time for å fjerne eventuelt gjenværende vann fra mønstrede MXene-filmene.
- Påfør en liten dråpe DI H2O på kanten av wafer og bruk pinsett for å skrelle opp offerparylen-C-laget, som begynner der kantene er definert i ringen rundt utsiden av wafer.
- Deponer det 4 μm tykke topplaget av parylen-C (figur 2G).
- Bruk den tredje fotomasken (maske-3) til å definere enhetsomriss og åpninger over elektroder og Au-bindingsputer (VIAer) (Figur 2H).
- Gjenta trinn 2.2.1−2.2.4, denne gangen ved hjelp av maske-3 og juster justeringsmerkene forsiktig mellom wafer og fotomaske før eksponering.
- Bruk en elektronstrålefordamper til å deponere 100 nm Al på waferen.
MERK: Typiske avsetningsparametere er et grunntrykk på 5 x 10-7 Torr og en hastighet på 2 Å/s. - Senk waferen i remover PG i ~ 10 min til metallet er helt løftet av, slik at Al dekker enhetene med åpninger for elektroder og bindingsputer. Når opphevingen er fullført, sonikere i 30 s for å fjerne eventuelle gjenværende spor av uønsket metall. Skyll wafer først i ren remover PG-oppløsning, skyll deretter grundig i DI H2O og tørk wafer en N2 pistol.
- Etch parylen-C for å mønstre enheten særr og åpninger over elektroder og Au bonding pads (VIAs) (Figur 2I). Bruk O2 plasma RIE til å etse gjennom parylen-C-lagene rundt enhetene, og gjennom det øverste parylen-C-laget som dekker både MXene-elektrodekontaktene og Au-bindingsputene.
MERK: Etsingen er fullført når det ikke forblir parylen-C rester på waferen mellom enhetene. SiO2-laget som dekker MXene vil fungere som et etse-stopp lag, og hindrer O2 plasma fra etsing inn eller skade MXene elektrode kontakter. - Etch Al-laget som dekker enhetene ved hjelp av et vått kjemisk etsi i Al etchant type A ved 50 °C enten i 10 min, eller i 1 min fortid når alle visuelle spor av Al har forsvunnet, uansett hva som kommer først. Etch SiO2 dekker MXene elektroder ved hjelp av en våt kjemisk etse i 6:1 bufret oksid etchant (BOE) for 30 s (Figur 2J).
MERK: MXene mikroelektrodearrayene er nå fullført. - Slipp enhetene fra Si substrat wafer ved å plassere en liten dråpe DI H2O på kanten av en enhet, og forsiktig peeling opp enheten som vann er ond under den ved kapillær handling(Figur 2K og figur 3).
3. Adapter konstruksjon og grensesnitt
MERK: På dette punktet må mikroelektrodearrayene for tynn film grensesnitt med en adapter for å koble til elektrofysiologiopptakssystemet. 128ch stimulering/opptakskontroller med RHS2000 16-ch stim/record headstage (Table of Materials) som brukes i denne protokollen krever inngang via en kontakt som er kompatibel med 18-pinners kontakten A79039-001. Denne delen bruker et kretskort (PCB, figur 4A) med en nullinnsettingskraft (ZIF)-kontakt for grensesnitt med Au-festeputene på mikroelektrodematrisen og kontakten A79040-001 for grensesnitt med hovedfasen av opptakssystemet. Avhengig av datainnsamlingssystemet kan forskjellige kontakter brukes på PCB for å muliggjøre grensesnitt med elektrofysiologiens hodetrinn.
- Lodde omnetics og ZIF kontakter til PCB ved å bruke en tynn film av loddepasta på hver av kontaktputene på PCB, plassere delene på sine aktuelle steder, og oppvarming på en kokeplate til loddere flyter for å danne tilkoblinger (Figur 4B).
MERK: Reflow lodding kan gjøres veldig enkelt på en kokeplate eller i en brødrister ovn og krever ikke bruk av en kostbar reflow ovn. - Påfør to lag polyimidtape (Materialtabell) på baksiden av Au-bindingsputeområdet i MXene mikroelektrodematrisen for å gi enheten tilstrekkelig tykkelse som skal sikres i ZIF-kontakten. Etter påføring av tapen, trim overflødig utover kantene på parylen-C enheten ved hjelp av et barberblad eller presisjon saks (Figur 4C).
- Enten under et inspeksjonsomfang eller ved hjelp av forstørrelsesbriller, juster MXene mikroelektrodearrayet i ZIF-kontakten slik at Au-festeputene er på linje med pinnene inne i ZIF-kontakten, og lukk deretter ZIF for å danne en sikker tilkobling (Figur 4D,E).
MERK: ZIF-kontakten som brukes her er en 18-kanals kontakt, mens enheten som brukes her har 16 kanaler. De ekstra ukontaktede kanalene identifiseres enkelt som en åpen krets ved hjelp av impedanstesting under opptaksøkter. - Test den elektrokjemiske impedansen til MXene-elektrodene ved hjelp av en potensiostat for å sikre vellykket fabrikasjon og tilkobling til PCB-adapteren.
MERK: Rimelige impedansverdier gis i diskusjonsdelen for å hjelpe til med feilsøking.
4. Akutt implantasjon og nevrale opptak
MERK: Operasjoner på voksne mannlige Sprague Dawley rotter utføres ved hjelp av sterile instrumenter og med aseptisk teknikk. Respirasjonshastighet, palpebralrefleks og pedalklyperefleks kontrolleres hver 10 min for å overvåke dybden av anestesi. Kroppstemperaturen opprettholdes med en varmepute.
- Administrer preemptive analgesi (subkutan injeksjon av buprenorfin vedvarende frigjøring [SR], 1,2 mg/kg).
- Administrer anestesi (intraperitoneal injeksjon av en blanding av 60 mg/kg ketamin og 0,25 mg/kg deksmedeomidin).
- Bekreft riktig nivå av anestesi hver 10 min gjennom hele eksperimentet ved å se etter fravær av palpebrale og pedal klype reflekser.
- Sikker rotte i stereotaxic ramme, påfør okulær smøremiddel til øynene, og rengjør barbert hodebunn med 10% povidone-jod.
- Utsett calvaria med enkelt mellomlinje hodebunnsnitt og sløv disseksjon av underliggende vev.
- Plasser en 00-90 skrue i skallen for å tjene som bakken for opptak.
- Bruk en tanndrill med en liten burr, lag en kraniotomi på ønsket kortikal opptakssted.
- Fest arraykontakten til en stereotaxic manipulator og plasser enheten over kraniotomien. Senk forsiktig til hele matrisen er i kontakt med den eksponerte cortex.
- Vikle jordledningen rundt skallen skruen.
- Koble opptakssystemets hodetrinn til matrisen og begynn å registrere spontan aktivitet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Eksempel på mikro-ECoG-data registrert på en MXene mikroelektrodematrise er vist i figur 5. Etter påføring av elektrodematrisen på cortex, var klare fysiologiske signaler umiddelbart tydelige på opptakselektrodene, med ca. 1 mV amplitude ECoG-signaler som vises på alle MXene-elektroder. Effektspektra av disse signalene bekreftet tilstedeværelsen av to hjernerytmer som vanligvis observeres hos rotter under ketamin-deksmedeomiinanestesi: 1-2 Hz langsomme svingninger og γsvingninger ved 40-70 Hz. I tillegg ble en signatureffektdemperming under "ned"-tilstanden til den langsomme svingningen, og selektivt β-bånd (15-30 Hz) og γ-band (40-120 Hz) strømforsterkning under "opp" tilstand av langsom svingning observert. Resultatene kan variere basert på dyreartene som brukes i studien, den målrettede hjerneregionen, anestesitypen og medgått tid siden administrasjon av anestesi.
Figur 1: Skjematisk skildrer MXene-synteseprosedyre. (A) Ti3AlC2 MAX legges til en selektiv etchant løsning (HF, HCl, og DI H2O), noe som resulterer i fjerning av aluminium (Al). (B) Etter å ha vasket etsingoppløsningen til nøytral pH ved hjelp av DI H2O, oppnås flerlags Ti3C2. Flerlags Ti3C2 er intercalated med Li+ fra en vandig løsning av litiumklorid (LiCl). (C) Etter å ha vasket intercalation reaksjonen, sediment hevelse observeres som representerer utveksling av Li+ med H2O. Agitasjon av det hovne sedimentet resulterer i eksfoliert (eller delaminert) enkelt- til få-lags flak av Ti3C2 MXene i H2O. Størrelsevalg og separasjon av delaminert Ti3C2 MXene fra flerlags Ti3C2 og Ti3AlC2 MAX fase oppstår på dette stadiet. (D) Ti3C2 MXene blekk overføres via sprøyte til en Argon forseglet headspace hetteglass for langvarig lagring. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 2: Skjemaer av fabrikasjonsprosedyren for MXene mikroelektrodearrayer. (A) Bunnparylen-C lag er deponert på en ren Si wafer. (B) Ti/Au (10 nm/100 nm) ledende spor er mønstret gjennom fotolitografi, e-bjelke avsetning og lift-off. (C) Et antiklebende lag med 1 % rengjøringsløsning i DI H2O påføres, etterfulgt av avsetning av et offerparylen-C-lag. (D) Offerparylen-C-laget er mønstret gjennom fotolitografi og O2 RIE etsning. (E) Ti3C2 MXene er spin-belagt på wafer, etterfulgt av e-bjelke avsetning av 50 nm av SiO2. (F) Offerparylen-C-laget løftes av, rester av rengjøringsvæske skylles av, og waferen er bakt tørr. (G) Topp parylen-C lag er deponert. (H) Et aletsemaskelag er mønstret gjennom fotolitografi, e-bjelkeavsetning og lift-off for å definere VIAs og enhetsomriss. (I) Parylen-C over elektrodekontakter og omkringliggende enheter er etset bort gjennom O2 RIE. (J) Al etse maske og SiO2 beskyttende lag over MXene er etset bort gjennom våte etse prosesser. (K) Ferdig enhet løftes av wafer. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 3: Fotografier og optiske mikroskopibilder av MXene mikroelektrodearrayer. (A) Fotografi av en 3 tommers Si wafer som inneholder 14 fullførte MXene mikroelektrode arrayer. Legg merke til gullringen rundt den ytre kanten av wafer, noe som er nyttig for å utføre trinn 2.7 effektivt. (B) Optisk mikroskopbilde som viser peeling opp av en ferdig enhet fra wafer ved hjelp av en liten mengde DI H2O. (C) Optisk mikroskopbilde som viser rekken av MXene mikroelektroder. (D) Optisk mikroskopbilde av en individuell MXene-elektrode. Skalastenger = 1 cm, 3 mm, 500 μm, 20 μm (venstre mot høyre). Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 4: Grensesnitt for MXene mikroelektrodearray med adapterkortet. (A) PCB med pads for lodding Omnetics og ZIF kontakter. (B) PCB etter lodding av Omnetics og ZIF-kontakter. (C) Tillegg av polyimidlag til baksiden av Au-festeputene på enheten, for å gi tilstrekkelig tykkelse for ZIF-kontakten. To lag med polyimid legges til (øverst) og trimmes deretter rundt kantene (nederst). (D) MXene mikroelektrodematrise satt inn i ZIF-kontakten med riktig justering. (E) Toppvisning av MXene mikroelektrodearray koblet til adapterkort og klar for et opptakseksperiment. Skaler stolper = 2 mm. Klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 5: Representative nevrale opptaksresultater. (A) Illustrasjon av plassering av mikro-ECoG array på kortikal overflate av en bedøvet rotte. (B) Segment av registrert kortikal aktivitet vist for 9 elektroder. Antatte kortikale "ned" tilstander basert på gjennomden langsomme svingningen (1-2 Hz) er indikert av røde sirkler. (C) Strømspektrale tettheter for hver opptakskanal. (D) "Ned" tilstandsutløst scalogram for representativ mikro-ECoG kanal. Merk bredbåndseffektdemmning under "ned"-tilstand og selektivt β-bånd (15-30 Hz) og γ-band (40-120 Hz) strømforsterkning under "opp" tilstand. Overlaid svart spor viser gjennomsnittlig langsom svingning. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
MXene-syntesen og dellamineringsprosedyren som er beskrevet i denne protokollen (HF/HCl/LiCl), ble bygget fra MILD etsningsmetoden som brukte en LiF/HCl (in situ HF) etchant medium26. MILD-tilnærmingen gjør det mulig for store Ti3C2 flak (flere μm i lateral størrelse) som spontant kan dellegges under vasking når pH ~ 5−6 er oppnådd. Sammenlignet med etsing med HF alene, resulterer dette i materiale med høyere kvalitet og forbedrede materialegenskaper, som elektronisk ledningsevne og kjemisk stabilitet. HF/HCl/LiCl-metoden utnytter forbedringene av MILD-syntesen, samtidig som den skiller hvert trinn (etsing, intercalation og delaminat) som gir mer brukerkontroll.
I trinn 1.1 er forholdet mellom råvarer (TiC, Al, Ti), temperatur, temperaturrampehastighet og tid avgjørende for å oppnå riktig MAX-fase. Sieving av MAX-fasen før etsning vil sikre mer homogen etsing. Legge max fasen til etchant media (trinn 1.2) må utføres sakte for å hindre overoppheting og en generell regel på 5 min per 1 g max er foreslått. Hvis overoppheting blir en utfordring, bør et isbad brukes under tillegg av Ti3AlC2 MAX-fasen. Ved vasking av etsningsreaksjonen på nøytral pH (trinn 1,3), bør hver sure supernatant etter sentrifugering være gjennomsiktig. Hvis supernatanten etter sentrifugering er mørk eller fortynnet grønt, øker sentrifugetiden og/eller hastigheten til sedimentmateriale. Fordi tillegg av LiCl til H2O er eksomisk, vil det oppstå litt oppvarming (trinn 1.4). I denne prosedyren er intercalation tid (trinn 1.4) 12 h, selv om det kan endres eller forkortes til så lite som 15 minutter. Kvaliteten på delaminering (trinn 1,5) er spesifikk for mengden vann som brukes under vask og graden av agitasjon. Supernatants dekantert under dette trinnet kan være fortynnet i stedet for gjennomsiktig. Hvis sedimentering av materiale blir en utfordring, bør det brukes å øke sentrifugehastigheten/rcfen. Det er avgjørende å utføre separasjon og størrelsesvalg ved sentrifugering (trinn 1,5) for å unngå polydispergeringsprøver. Unnlatelse av å utføre dette trinnet vil resultere i et blekk som har både Ti3AlC2 MAX faseforurensning og store flerlags Ti3C2 partikler. Under trinn 1.6 er det viktig at hetteglassets hodeområdevolum minimeres.
Under fabrikasjon av MXene mikroelektrode arrays, er det flere kritiske trinn som er avgjørende for å produsere fungerende, høy kvalitets elektroder. Det er viktig å designe den første fotomasken slik at det er en metallring mønstret rundt den ytre kanten av wafer (trinn 2.2) og den andre fotomasken slik at det er en tilsvarende, litt større diameter ring som vil bli etset gjennom offerparylen-C (trinn 2.4) lag for å hjelpe til med å fjerne offerlaget. Uten denne ringen kan det være vanskelig å etablere en kant for å begynne å peeling opp offerparylen-C-laget i trinn 2.7. I trinn 2.3 er det avgjørende å utsette wafer en O2 plasma for å la den fortynne rengjøringsløsningen være riktig våt og holde seg til wafer. Unnlatelse av å utføre dette trinnet vil resultere i områder av wafer ikke akkumulere en anti-lim lag, noe som gjør fjerning av offerparylen-C lag i trinn 2.7 umulig. Under fjerning av offerparylen-C-laget i trinn 2.7, er det viktig å være forsiktig med å unngå riper eller skade det nederste parylen-C-laget, da dette kan føre til dannelse av bobler mellom bunnen parylen-C og Si wafer, og påfølgende delaminering. Hvis offerparylen-C-laget ikke skrelles opp lett, kan en litt mer konsentrert rengjøringsløsning (4 % i DI) brukes i trinn 2.3.1, eller Plasmaeksponeringen O2 i trinn 2.3.1 kan forlenges for å forbedre hydrofiliteten til det underliggende parylen-C-laget.
Etter at fabrikasjonen er fullført, er riktig grensesnitt for MXene-enheten med kontaktkortet avgjørende. Tillegg av to lag polyimid tape i trinn 3.2 er viktig for å sikre riktig tykkelse for innsetting i ZIF-kontakten, men forsiktighet bør tas for å unngå utilsiktet folding eller krølling av den tynne parylen-C enheten mens båndet er lagt til, da det ikke er mulig å fjerne båndet uten å skade enheten. Deretter er riktig justering av Au-festeputene på MXene-enheten med pinner inne i ZIF-kontakten (figur 4D) avgjørende for å danne en robust tilkobling (trinn 3.3). På dette stadiet er det nyttig å måle impedansen til MXene-elektrodene for feilsøking. En 50 μm x 50 μm kvadratMXene elektrode bør ha en impedansstørrelse nær 50 kΩ med en frekvens på 1 kHz i 1x PBS, og en 25 μm diameter sirkulær MXene elektrode bør ha en impedansstørrelse nær 200 kΩ under de samme parametrene36. En impedans betydelig større enn dette kan indikere at elektroden ikke er riktig tilkoblet i ZIF-kontakten, eller at MXene-elektroden ikke er utsatt, som kan skje hvis enten det øverste parylen-C-laget ikke var helt etset i trinn 2,10 eller SiO2 beskyttelseslag ikke var fullt etset i trinn 2.11.
En begrensning av denne metoden er variasjon i MXene filmtykkelse som noen ganger observeres etter spin-casting MXene på wafer. Denne variasjonen kan bli mer uttalt hvis elektroder skaleres opp til større områder. Denne begrensningen kan lett overvinnes ved å bruke spray-belegg i stedet for spin-belegg for å bruke MXene til wafer, som representerer en annen enkel, rimelig løsningbehandlingsmetode som MXene, og denne protokollen, er kompatible39.
Protokollen som er beskrevet her, gir spennende nye muligheter innen nevrovitenskap og i det større fagområdet bioelektronikk. Mens det lenge har vært interesse for å utnytte karbonbaserte nanomaterialer for nevrale mikroelektroder, har inkorporeringen av Ti3C2 MXene i slike elektroder gjort det mulig å utnytte karbonbaserte nanomaterialer enn det som har vært mulig med andre karbonbaserte nanomaterialer. Videre gir de enestående egenskapene til Ti3C2 MXene elektrodene bemerkelsesverdig lav impedans for deres størrelse, og dermed forbedrer følsomhetog signalkvalitet. En voksende mengde litteratur beskriver også en rekke metoder for mikromønster MXene, som kan tilpasses for å fabrikkere MXene mikroelektroder i fremtiden, inkludert mikro-kontakt utskrift40, blekket utskrift41,42, og automatisert skalpell gravering43. Det finnes stort potensial til å utvide denne protokollen for å dikte Ti3C2 MXene elektroder av vilkårlig størrelse og geometri for en rekke biosensing applikasjoner.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av National Institutes of Health (grant no. R21-NS106434), Citizens United for Research in Epilepsy Taking Flight Award, Mirowski Family Foundation og Neil og Barbara Smit (F.V.); National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (tilskuddsnr. DGE-1845298 til N.D. og B.M.); Hærens forskningskontor (Samarbeidsavtale nummer W911NF-18-2-0026 til K.M.); og av den amerikanske hæren via Surface Science Initiative Program ved Edgewood Chemical Biological Center (PE 0601102A Project VR9 til Y.G. og K.M.). Dette arbeidet ble utført delvis ved Singh Center for Nanotechnology, som støttes av National Science Foundation National Nanotechnology Coordinated Infrastructure Program (NNCI-1542153).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 00-90 screw | McMaster-Carr | 90910A630 | Skull screw around which ground wire is wrapped |
| 128ch stimulation/recording controller | Intan Technologies | A component of the neural recording system. | |
| 175 mL polypropylene (PP) conical centrifuge tubes | Falcon | REF: 352076 | Used for washing |
| 18 position 0.5 mm pitch ZIF connector | Molex | 505110-1892 | Used to interface the flexible Parylene microelectrode array with the PCB adapter board. |
| 18 position dual row male nano-miniature (.025"/.64mm) connector | Omnetics Connector Corporation | A79008-001 | Used to interface the PCB adapter board to the recording headstage. |
| 3ML Disposable Plastic Set Transfer Graduated Pipettes | Rienar | Rienar-3ML-20PCS | Used for transferring etchant or MXene solutions |
| 50 mL polyproylene (PP) concial centrifuge tube | Falcon | REF: 352070 | Used for washing and size selection |
| Al etchant Type A | Transene | 060-0026000-QT | For removing Al etch mask layer after final Parylene-C etch. |
| Aluminum Powder, -325 Mesh, 99.5% (metals basis), particle size < 44 µm | Alfa Aesar | CAS: 7429-90-5 | Used for MAX synthesis |
| AutoCAD software | Autodesk Inc. | Design software for drawing photomasks. Free alternatives include DraftSight and LayoutEditor. | |
| Buffered Oxide Etchant 6:1 | JT Baker | 1178-03 | For removing SiO2 layer to expose MXene electrode contacts at the end of the fabrication procedure. |
| Buprenorphine SR | Wildlife Pharmaceuticals | Analgesia for rat surgery | |
| Centrifuge | Hermle | Benchmark Z 446 | Used for washing and size selection |
| Dexdomitor | Midwest Veterinary Supply | 193.13250.3 | Anesthesia for rat surgery |
| Drill burr | Fine Science Tools | 19007-07 | Burrs for drill |
| Electric drill | Foredom | K.1070 | Micromotor drill for craniotomies |
| Electron beam evaporator | Kurt J. Lesker Company | Used to evaporate Ti, Au, and SiO2 during fabrication. Most university clean rooms have this or a similar tool. | |
| Ground wire | A-M Systems | 781500 | Bare silver wire |
| Headspace Vial, glass | Supelco | REF: 27298 | Used for storing MXene solutions |
| Hydrochloric acid (12.1N) | Fisher Scientific | CAS: 7647-01-0 | Corrosive; etchant material |
| Hydrofluoric Acid, (48-51% solution in H2O) | Acros | CAS: 7664-39-3 | Etchant material |
| Jupiter II RIE system | March Plasma Systems Inc. | Planar RIE etching system used to etch the Parylene-C using O2 plasma. Most university clean rooms have a comparable planar RIE etching system. | |
| Kapton standard polyimide tape, 1/4" | DuPont | Used to add thickness to the Au bonding pad region of the flexible Parylene microelectrode array for insertion into the ZIF connector. | |
| Ketamine | Hospital of the Univ. of Penn. | Anesthesia for rat surgery | |
| KLA P-7 Stylus Profilometer | KLA Corporation | Used the measure 2D profiles to confirm complete etching through the sacrificial parylene-C layer in step 2.4.2. Most university clean rooms have this or a comparable stylus profilometer tool. | |
| Lithium chloride, 99% for analysis, anhydrous | Acros | CAS: 7447-41-8 | Hygroscopic; delamination material |
| MA6 mask aligner | Karl Suss Microtec AG | Used to align each photomask to the pattern on the wafer and expose the wafer to UV light. Most university clean rooms have this or a similar tool. | |
| Micro-90 cleaning solution | International Products Corporation | M-9050-12 | Used as the anti-adhesive layer to enable removal of the sacrificial Parylene-C layer to pattern the MXene |
| NR71-3000p photoresist | Futurrex Inc. | NR71-3000p | Negative photoresist used to define Ti/Au traces and MXene patterns in the devices. |
| Ophthalmic ointment | Midwest Veterinary Supply | 193.63200.3 | To prevent corneal drying during surgery |
| Parylene deposition system | Specialty Coating Systems | Used to evaporate thin conformal films of Parylene-C | |
| Parylene-C dimer | Specialty Coating Systems | 980130-c-01lbe | Flexible polymer used as bottom and top passivating layers for the flexible MXene devices |
| Photomasks (chrome on soda lime glass) | University of Pennsylvania | Our photomasks were produced in the University clean room using a Heidelberg DWL66+ laser writer system, however several vendors manufacture photomasks from provided design files. | |
| Povidone-iodine solution | Medline | MDS093901 | To help prevent infection around scalp incision |
| Printed Circuit Board (PCB) | Advanced Circuits | Used to interface between the MXene electrode array and the measurement electronics such as the potentiostat and the Intan recording system. Advanced Circuits and other vendors manufacture and assemble PCBs based on the provided design files. | |
| RD6 Developer | Futurrex Inc. | RD6 Developer | Used to develop NR71-3000p negative photoresist following UV exposure |
| Reference 600 potentiostat | Gamry Instruments | Used to measure the electrodes' impedance to assess quality of the devices | |
| Remover PG | MicroChem Corp. | G050200 | Used to remove NR71-3000p following metal deposition to perform lift-off patterning |
| RHS2000 Stim SPI interface cable | Intan Technologies | A component of the neural recording system. | |
| RHS2116 amplifier board | Intan Technologies | A component of the neural recording system. | |
| Si wafers | Wafer World | 2885 | Substrate for fabrication |
| Spin Coater | Cost Effective Equipment | For coating wafers with resists and applying the Micro-90 and MXene layers. Most university clean rooms have spin coaters. | |
| Stereotaxic frame | Kopf Instruments | Model 902 | For positioning the rat for neurosurgery |
| Teflon-coated magnetic stir bar | Corning | REF: 1233W95 | Used to stir during etching and intercalation |
| Titanium carbide, 99.5% (metals basis), particle size ~2 µm | Alfa Aesar | CAS: 12070-08-5 | Used for MAX synthesis |
| Titanium powder, -325 mesh, 99% (metals basis), particle size < 44µm | Alfa Aesar | CAS: 7440-32-6 | Used for MAX synthesis |
| Ultrasonic bath sonicator | Reynolds Tech | For removing metal and photoresist particles during lift-off processes to pattern metals. | |
| UV vis spectrophotometer | ThermoScientific | Evolution 201 | Used to determine concentration and observe absorption peak |
| Zetasizer, Particle Size Analysis | Malvern Panalytical | Nano ZS | Used to determine particle lateral size distibution |
References
- Ludwig, K. A., et al. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) polymer coatings facilitate smaller neural recording electrodes. Journal of Neural Engineering. 8 (1), 014001 (2011).
- 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).
- Lecomte, A., Descamps, E., Bergaud, C. A review on mechanical considerations for chronically-implanted neural probes. Journal of Neural Engineering. 15 (3), 031001 (2017).
- Castagnola, E., et al. Smaller, softer, lower-impedance electrodes for human neuroprosthesis: a pragmatic approach. Frontiers in Neuroengineering. 7, 8 (2014).
- Nguyen, J. K., et al. Mechanically-compliant intracortical implants reduce the neuroinflammatory response. Journal of Neural Engineering. 11 (5), 056014 (2014).
- Boehler, C., Stieglitz, T., Asplund, M. Nanostructured platinum grass enables superior impedance reduction for neural microelectrodes. Biomaterials. 67, 346-353 (2015).
- Petrossians, A., Whalen, J. J., Weiland, J. D., Mansfeld, F. Surface modification of neural stimulating/recording electrodes with high surface area platinum-iridium alloy coatings. 2011 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , 3001-3004 (2011).
- Meyer, R. D., Cogan, S. F., Nguyen, T. H., Rauh, R. D. Electrodeposited iridium oxide for neural stimulation and recording electrodes. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 9 (1), 2-11 (2001).
- Ferguson, J. E., Boldt, C., Redish, A. D. Creating low-impedance tetrodes by electroplating with additives. Sensors and Actuators A: Physical. 156 (2), 388-393 (2009).
- Kotov, N. A., et al. Nanomaterials for Neural Interfaces. Advanced Materials. 21 (40), 3970-4004 (2009).
- Keefer, E. W., Botterman, B. R., Romero, M. I., Rossi, A. F., Gross, G. W. Carbon nanotube coating improves neuronal recordings. Nature Nanotechnology. 3 (7), 434-439 (2008).
- Lu, Y., et al. Electrodeposited polypyrrole/carbon nanotubes composite films electrodes for neural interfaces. Biomaterials. 31 (19), 5169-5181 (2010).
- Green, R. A., Williams, C. M., Lovell, N. H., Poole-Warren, L. A. Novel neural interface for implant electrodes: improving electroactivity of polypyrrole through MWNT incorporation. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 19 (4), 1625-1629 (2008).
- Apollo, N. V., et al. Flexible Freestanding Neural Stimulation and Recording Electrodes Fabricated from Reduced Graphene Oxide. Advanced Functional Materials. 25 (23), 3551-3559 (2015).
- Lu, Y., Lyu, H., Richardson, A. G., Lucas, T. H., Kuzum, D. Flexible Neural Electrode Array Based-on Porous Graphene for Cortical Microstimulation and Sensing. Scientific Reports. 6 (1), 33526 (2016).
- Matarredona, O., et al. Dispersion of Single-Walled Carbon Nanotubes in Aqueous Solutions of the Anionic Surfactant NaDDBS. The Journal of Physical Chemistry B. 107 (48), 13357-13367 (2003).
- Ramesh, S., et al. Dissolution of Pristine Single Walled Carbon Nanotubes in Superacids by Direct Protonation. The Journal of Physical Chemistry B. 108 (26), 8794-8798 (2004).
- Kim, S. W., et al. Surface modifications for the effective dispersion of carbon nanotubes in solvents and polymers. Carbon. 50 (1), 3-33 (2012).
- Wang, M., et al. Nanotechnology and Nanomaterials for Improving Neural Interfaces. Advanced Functional Materials. 28 (12), 1700905 (2017).
- Wang, K., Fishman, H. A., Dai, H., Harris, J. S. Neural Stimulation with a Carbon Nanotube Microelectrode Array. Nano Letters. 6 (9), 2043-2048 (2006).
- Ansaldo, A., Castagnola, E., Maggiolini, E., Fadiga, L., Ricci, D. Superior Electrochemical Performance of Carbon Nanotubes Directly Grown on Sharp Microelectrodes. ACS Nano. 5 (3), 2206-2214 (2011).
- Nimbalkar, S., et al. Ultra-Capacitive Carbon Neural Probe Allows Simultaneous Long-Term Electrical Stimulations and High-Resolution Neurotransmitter Detection. Scientific Reports. 8, 6958 (2018).
- Anasori, B., Lukatskaya, M., Gogotsi, Y. 2D metal carbides and nitrides (MXenes) for energy storage. Nature Reviews Materials. 2, 16098 (2017).
- Anasori, B., Gogotsi, Y. 2D Metal Carbides and Nitrides (MXenes): Structure, Properties and Applications. , Springer Nature. Switzerland. (2019).
- Naguib, M., et al. Two-Dimensional Nanocrystals Produced by Exfoliation of Ti3AlC2. Advanced Materials. 23 (37), 4248-4253 (2011).
- Alhabeb, M., et al. Guidelines for Synthesis and Processing of Two-Dimensional Titanium Carbide (Ti3C2Tx MXene). Chemistry of Materials. 29 (18), 7633-7644 (2017).
- Ghidiu, M., Lukatskaya, M. R., Zhao, M. Q., Gogotsi, Y., Barsoum, M. W. Conductive two-dimensional titanium carbide ‘clay’ with high volumetric capacitance. Nature. 516 (7529), 78-81 (2014).
- Lukatskaya, M. R., et al. Ultra-high-rate pseudocapacitive energy storage in two-dimensional transition metal carbides. Nature Energy. 2, 17105 (2017).
- Zhu, Y., et al. Carbon-Based Supercapacitors Produced by Activation of Graphene. Science. 332 (6037), 1537-1541 (2011).
- Heon, M., et al. Continuous carbide-derived carbon films with high volumetric capacitance. Energy & Environmental Science. 4 (1), 135-138 (2011).
- Yang, X., Cheng, C., Wang, Y., Qiu, L., Li, D. Liquid-mediated dense integration of graphene materials for compact capacitive energy storage. Science. 341 (6145), 534-537 (2013).
- Zhang, C. J., et al. Transparent, Flexible, and Conductive 2D Titanium Carbide (MXene) Films with High Volumetric Capacitance. Advanced Materials. 29 (36), 1702678 (2017).
- Han, X., et al. 2D Ultrathin MXene-Based Drug-Delivery Nanoplatform for Synergistic Photothermal Ablation and Chemotherapy of Cancer. Advanced Healthcare Materials. 7 (9), 1701394 (2018).
- Dai, C., et al. Biocompatible 2D Titanium Carbide (MXenes) Composite Nanosheets for pH-Responsive MRI-Guided Tumor Hyperthermia. Chemistry of Materials. 29 (20), 8637-8652 (2017).
- Xu, B., et al. Ultrathin MXene-Micropattern-Based Field-Effect Transistor for Probing Neural Activity. Advanced Materials. 28 (17), 3333-3339 (2016).
- Driscoll, N., et al. Two-Dimensional Ti3C2 MXene for High-Resolution Neural Interfaces. ACS Nano. 12 (10), 10419-10429 (2018).
- Sessolo, M., et al. Easy-to-Fabricate Conducting Polymer Microelectrode Arrays. Advanced Materials. 25 (15), 2135-2139 (2013).
- Shuck, C. E., et al. Effect of Ti3AlC2 MAX Phase on Structure and Properties of Resultant Ti3C2Tx MXene. ACS Applied Nano Materials. 2 (6), 3368-3376 (2019).
- Hantanasirisakul, K., et al. Fabrication of Ti3C2Tx MXene Transparent Thin Films with Tunable Optoelectronic Properties. Advanced Electronic Materials. 2 (6), 1600050 (2016).
- Xu, B., et al. Ultrathin MXene-Micropattern-Based Field-Effect Transistor for Probing Neural Activity. Advanced Materials. 28 (17), 3333-3339 (2016).
- Zhang, C., et al. Additive-free MXene inks and direct printing of micro-supercapacitors. Nature Communications. 10 (1), 1795 (2019).
- Quain, E., et al. Direct Writing of Additive-Free MXene-in-Water Ink for Electronics and Energy Storage. Advanced Materials Technologies. 4 (1), 1800256 (2019).
- Salles, P., Quain, E., Kurra, N., Sarycheva, A., Gogotsi, Y. Automated Scalpel Patterning of Solution Processed Thin Films for Fabrication of Transparent MXene Microsupercapacitors. Small. 14 (44), 1802864 (2018).
