Summary
Мы описываем здесь метод изготовления микроэлектродных массивов Ti3C2 MXene и их использование для нейронной записи in vivo.
Abstract
Имплантируемые микроэлектродные технологии широко используются для выяснения нейронной динамики в микромасштабе, чтобы получить более глубокое понимание нейронных основ болезней и травм головного мозга. Поскольку электроды миниатюризированы до масштаба отдельных ячеек, соответствующее повышение интерфейса препятствует качеству записанных сигналов. Кроме того, обычные электродные материалы являются жесткими, что приводит к значительному механическому несоответствию между электродом и окружающими тканями мозга, что вызывает воспалительный ответ, который в конечном итоге приводит к ухудшению производительности устройства. Для решения этих проблем мы разработали процесс изготовления гибких микроэлектродов на основе Ti3C2 MXene, недавно обнаруженного наноматериала, обладающий удивительно высокой объемной емкой, электрической проводимостью, функциональностью поверхности и обрабатываемостью в водных дисперсиях. Гибкие массивы микроэлектродов Ti3C2 MXene имеют удивительно низкий уровень импедеданности из-за высокой проводимости и высокой специфической площади поверхности пленок Ti3C2 MXene, и они оказались изысканно чувствительными для записи нейронной активности. В этом протоколе мы описываем новый метод микропаттернирования Ti3C2 MXene в микроэлектродные массивы на гибких полимерных субстратах и описываем их использование для микроэлектрокортической записи in vivo. Этот метод может быть легко расширен для создания электродных массивов MXene произвольного размера или геометрии для целого ряда других применений в биоэлектронике, и он также может быть адаптирован для использования с другими проводящими чернилами, кроме Ti3C2 MXene. Этот протокол позволяет простои и масштабируемое изготовление микроэлектродов из раствора на основе проводящих чернил, и, в частности, позволяет использовать уникальные свойства гидрофильных Ti3C2 MXene для преодоления многих барьеров, которые уже давно препятствуют широкому внедрению углеродных наноматериалов для высокоточных нейронных микроэлектродов.
Introduction
Понимание фундаментальных механизмов, лежащих в основе нейронных цепей, и как их динамика изменяется в болезни или травмы, является критической целью для разработки эффективных терапевтических препаратов для широкого спектра неврологических и нервно-мышечных расстройств. Микроэлектродные технологии широко используются для выяснения нейронной динамики на тонких пространственных и временных масштабах. Однако получение стабильных записей с высоким соотношением сигнала к шуму (SNR) от микромасштабных электродов оказалось особенно сложным. По мере уменьшения размеров электродов для приближения к клеточной шкале, соответствующее повышение электродного импеданса ухудшает качество сигнала1. Кроме того, многочисленные исследования показали, что жесткие электроды, состоящие из обычных кремния и металлических электронных материалов, производят значительные повреждения и воспаление в нервной ткани, что ограничивает их полезность длядолгосрочной записи2,3,4. Учитывая эти факты, наблюдается значительный интерес к разработке микроэлектродов с новыми материалами, которые могут уменьшить электрод-ткани интерфейса импеданса и могут быть включены в мягкие и гибкие форм-факторы.
Один из широко используемых методов для уменьшения электронно-ткани интерфейса импеданса увеличивает область, над которой ионные виды в внеклеточной жидкости могут взаимодействовать с электродом, или "эффективной поверхности" электрода. Это может быть достигнуто путем нанопаттернирования6,поверхности roughening7, или электроплиты с пористыми добавками8,9. Наноматериалы получили значительное внимание в этой области, потому что они предлагают внутренне высокие конкретные области поверхности и уникальные комбинации благоприятных электрических и механических свойств10. Например, углеродные нанотрубки были использованы в качестве покрытия, чтобы значительно уменьшить электрод impedance11,12,13, оксид графена был обработан в мягкий, гибкий автономный зонд электродов14, и лазерно-пиролиозный порной графен был использован для гибкой, низкой безупречности микро-электрокортики (микро-ECoG) электродов15. Несмотря на их обещание, отсутствие масштабируемых методов сборки ограничило широкое внедрение наноматериалов для нейронных комплаенов. Углеродные наноматериалы, в частности, как правило, гидрофобные, и, таким образом, требуют использования сурфактантов16, суперкислот17,или поверхности функционализации18 для формирования водных дисперций для обработки растворов методы изготовления, в то время как альтернативные методы изготовления, такие как химическое осаждение пара (ССЗ), как правило, требуют высоких температур, которые несовместимы со многими полимерными субстратами19,21 ,21 ,21 ,22.
Недавно был описан класс двухмерных (2D) наноматериалов, известный как MXenes, который предлагает исключительное сочетание высокой проводимости, гибкости, объемной емости и присущей гидрофилии, что делает их перспективным классом наноматериалов для нейронных межэлектрических электродов23. MXenes - это семейство 2D-переходных металлических карбидов и нитридов, которые чаще всего производятся путем выборочного травления элемента из многослойных прекурсоров. Это, как правило, фазы MAX с общей формулой Mn'1AXn, где M является ранним переходным металлом, A представляет собой элемент группы 12–16 периодической таблицы, X — углерод и/или азот, и n No 1, 2 или 324. Двухмерные хлопья MXene имеют поверхностно-прекращающиефункциональные группы, которые могут включать гидроксил (ЗОХ), кислород (ЗО) или фтор (КФ). Эти функциональные группы делают MXenes по своей сути гидрофильной и позволяют гибкой модификации поверхности или функционализации. Из большого класса MXenes, Ti3C2 был наиболее широко изучен и характеризуется25,26,27. Ti3C2 показывает удивительно более высокий объемем емкостя (1500 F/cm3)28, чем активированный графен (No 60-100 F/cm3)29, карбид-производные углерода (180 F/cm3)30, и графеновые геляные пленки (260 F/cm3)31. Кроме того, Ti3C2 показывает чрезвычайно высокую электронную проводимость (10 000 S/cm)32, и ее биосовместимость была продемонстрирована в нескольких исследованиях33,34,35,36. Высокая объемная емость ti3C2 пленок является выгодным для биологического зондирования и стимуляции приложений, потому что электроды, которые демонстрируют емкостный перенос заряда может избежать потенциально вредных реакций гидролиза.
Наша группа недавно продемонстрировала гибкие, тонкопленочные микроэлектродные массивы Ti3C2, подготовленные с использованием методов обработки растворов, которые способны фиксировать как микроэлектрокортику (микро-ЭкоГ), так и интракортикальную нейрональную активность в vivo с высоким SNR36. Эти электроды MXene показали значительно уменьшенную импедас по сравнению с размером подобранных золотых (Au) электродов, которые могут быть отнесены к высокой проводимости MXene и высокой площади поверхности электродов. В этом протоколе мы описываем ключевые шаги для изготовления планарных микроэлектродных массивов Ti3C2 MXene на гибких подстратах парилена-С и использования их in vivo для внутриоперационной записи микро-ECoG. Этот метод использует гидрофильный характер MXene, что делает возможным использование методов обработки решений, которые являются простыми и масштабируемыми, не требуя использования сурфактантов или суперкислот для достижения стабильной ваковой суспензии. Такая простота процессуальности может позволить экономически эффективное производство биосенсоров MXene в промышленных масштабах, что является одним из основных ограничений для широкого внедрения устройств на основе других углеродных наноматериалов. Ключевое новшество в изготовлении электрода заключается в использовании жертвенного полимерного слоя для микропатнелата MXene после спин-покрытия, метода, адаптированного из литературы по обработанным раствором поли (3,4-этиленедиокситофен) :poly (styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) микроэлектродов37, но которые ранее не были описаны для M. Исключительные электрические свойства Ti3C2, в сочетании с его обрабатываемостью и 2D морфология делают его очень перспективным материалом для нейронных интерфейсов. В частности, Ti3C2 предлагает путь к преодолению фундаментального компромисса между геометрической областью электрода и электронно-химическим интерфейсом импеданса, основным ограничивающим фактором для микро-масштабной работы электрода. Кроме того, процедура изготовления, описанная в этом протоколе, может быть адаптирована для производства электродных массивов MXene различных размеров и геометрий для различных парадигм записи, а также может быть легко адаптирована для включения других проводящих чернил, кроме MXene.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все процедуры in vivo соответствовали Руководству Национальных институтов здравоохранения (NIH) по уходу и использованию лабораторных животных и были одобрены Институциональным комитетом по уходу и использованию животных (IACUC) Пенсильванского университета.
1. Синтез Ti3C2 MXene
ПРИМЕЧАНИЕ: Процедуры реакции, описанные в этом разделе, предназначены для использования внутри химического дыма капот. Стиральные шаги, включенные в эту процедуру, предназначены для использования со сбалансированными центрифугами труб. Все производимые отходы считаются опасными отходами и должны быть выброшены надлежащим образом в соответствии с руководящими принципами университета.
ВНИМАНИЕ: Гидрофторная кислота (HF) является чрезвычайно опасной, высоко коррозионной кислотой. Проконсультируйтесь с листами данных о безопасности материалов (MSDS) для химических веществ, используемых для синтеза MXenes перед использованием и реализации и соблюдайте соответствующие меры безопасности. Соответствующее индивидуальное защитное оборудование (PPE) для обработки HF включает в себя лабораторное пальто, кислотостойкий фартук, обувь с близкопри тяжкой, длинные брюки, очки, полный щит лица, нитриловые перчатки и устойчивые перчатки HF из бутиловой резины или неопреновой резины.
- Синтез фазы MAX
- Синтезировать Ti3AlC2 шаром фрезерования TiC (2 мкм), Ti (44 мкм) порошков на молярное соотношение (TiC: Ti:Al) 2:1:1 для 18 ч с использованием шаров zirconia. Поместите порошки в глиноземный тигель, нагрейте до 1380 градусов по Цельсию (скорость нагрева 5 градусов по Цельсию) и удерживайте 2 ч под аргоном. После того, как порошки были охлаждены, мельница блока MAX и сито через 200 сетсовый сито (злт;74 мкм размер частицы).
ПРИМЕЧАНИЕ: Предшественник фазы Ti3AlC2 MAX, используемый для синтеза MXenes, оказывает прямое влияние на полученные свойства Ti3C2 MXene38. Ti3C2, используемый для изготовления нейронных электродов, был выборочно выгравирован из MAX, подготовленного после предыдущей процедуры26.
- Синтезировать Ti3AlC2 шаром фрезерования TiC (2 мкм), Ti (44 мкм) порошков на молярное соотношение (TiC: Ti:Al) 2:1:1 для 18 ч с использованием шаров zirconia. Поместите порошки в глиноземный тигель, нагрейте до 1380 градусов по Цельсию (скорость нагрева 5 градусов по Цельсию) и удерживайте 2 ч под аргоном. После того, как порошки были охлаждены, мельница блока MAX и сито через 200 сетсовый сито (злт;74 мкм размер частицы).
- Офорт: Удаление слоя Al в Ti3AlC2 в кислой etchant раствор(рисунок 1A)
- Подготовьте селективный раствор травления в пластиковом контейнере объемом 125 мл, предварительно добавив 12 мл деионизированной воды (DI H2O), а затем подополните 24 мл соляной кислоты (HCl). Носящ все соотвествующее HF травление PPE, добавьте 4 mL HF к контейнеру etchant. Выполните селективное травление, медленно добавляя 2 г Ti3AlC2 MAX фазы в контейнер реакции и перемешивания с тефлоновой магнитной планкой для 24 ч при 35 градусах По Цельсию при 400 об/мин.
- Стиральная: Доведение материала до нейтрального рН.
- Заполните две 175 мл центрифуговых труб октябры с 100 мл DI H2O. Разделите травления реакции смеси в 175 мл центрифуговых труб и мыть материал путем повторного центрифугирования при 3500 об/мин (2550 х г) в течение 5 мин. Декантированный кислый супернатан токсиканет в пластиковый контейнер для опасных отходов. Повторяйте до тех пор, пока рН не достигнет 6.
- Интеркалация: Вставка молекул между многослойной частицей MXene для пробуждения вне плоскостных взаимодействий(рисунок 1B)
- Добавьте 2 г хлорида лития (LiCl) до 100 мл DI H2O и перемешайте при 200 об/мин до растворения. Смешайте 100 мл LiCl/H2O с Ti3C2/Ti3AlC2 отложения и перемешать реакцию на 12 ч при 25 градусов по Цельсию.
- Delamination: Отшелушивание от объемных многослойных частиц в одно-несколько слой Ti3C2 MXene (Рисунок 1C)
- Вымойте реакцию интеркалации в 175 мл центрифуговых труб при центругировании при 2550 х г в течение 5 мин. Декант ясно супернатант. Повторяйте, пока не будет найден темный супернатант.
- Продолжайте центрифугу на 1 ч при 2550 х г. Декант разбавленно-зеленый супернатант.
- Повторно рассеять опухшие осадки с 150 мл DI H2O. Передача супернатанта на 50 мл центрифуговых труб и центрифуги на 2550 х г в течение 10 минут, чтобы отделить оставшиеся MAX (осадок) от MXene (супернатант).
ПРИМЕЧАНИЕ: Повторное рассеивание отложений станет трудным и потребует агитации или ручной встряхивания. - Соберите супернатант как Ti3C2 MXene. Выполните дальнейший выбор размера и оптимизацию раствора для изоляции одно-малослойных хлопьев, собирая супернатант после шага центрифугации при 2550 х г на 1 ч.
- Хранение растворов: Упаковка чернил MXene для длительного хранения(рисунок 1D)
- Аргон пузырь растворы в течение 30 минут до упаковки в Аргоне запечатанный флакон headspace (передача через шприц). Храните растворы в высоких концентрациях (5 мг/мл), вдали от солнечного света и при низких температурах (5 градусов по Цельсию), чтобы обеспечить долговечность.
2. Изготовление Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays
ПРИМЕЧАНИЕ: Процедура, описанная в этом разделе предназначена для использования в стандартном университете чистой комнате объекта, таких, как Сингх Центр нанотехнологий в Университете Пенсильвании. Этот объект, а также аналогичные объекты, доступны для внешних пользователей в рамках Национальной сети инфраструктуры нанотехнологий (NNIN) при поддержке Национального научного фонда (NSF). В этих помещениях многие инструменты, оборудование и материалы, описанные в этом разделе, предоставляются наряду с доступом к чистокомнатному помещению и не требуют отдельной покупки.
ВНИМАНИЕ: Многие из химических веществ, используемых в изготовлении электродов MXene являются опасными, в том числе photoresists, RD6 разработчик, удаление PG, алюминиевый раствор травления, и буферизированных оксида etchant. Проконсультируйтесь с MSDS для этих химических веществ перед использованием и реализации и следовать соответствующим мерам безопасности в любое время. Все химические вещества должны быть обработаны в дым капота.
- Депозит 4 мкм толщиной нижнего слоя парилен-C на чистую Si (см. Рисунок 2A).
- Используйте первую фотомаску (маску-1) для определения металлических взаимосвязей устройств, а также металлическое кольцо по краю, чтобы помочь в более поздних шагах подъема(рисунок 2B).
- Спин пальто NR71-3000p на на 3000 об/ ч на 40 с. Мягкий испечь вафу на горячей пластине в течение 14,5 мин при температуре 95 градусов по Цельсию.
- Загрузите вафельку и маску-1 в выровню маски. Расположите вафельку так, чтобы кольцо на фотомаске перекрывалось всеми краями.
- Экспозиция с i-линией (365 нм длина волны) в дозе 90 мДж/см2. Твердые испечь на горячей тарелке в течение 1 мин при температуре 115 градусов по Цельсию.
- Погрузите вафельку в разработчика RD6 на 2 мин, непрерывно агитируя решение. Тщательно промыть с DI H2O и высушить с n2 пистолет.
- Используйте электронный луч испаритель для депозита 10 нм Ti, а затем 100 нм Au на вафельку.
ПРИМЕЧАНИЕ: Типичными параметрами осаждения являются базовое давление 5 х 10-7 Торр и скорость 2 к/с. - Погрузите вафельку в удаляющий PG в течение 10 минут до тех пор, пока фотоустойчивость не растворится и избыток металла полностью не рассачивается, оставляя Ti/Au только в желаемых следах взаимосвязей и кольце вокруг края. Как только старт кажется полным, sonicate за 30 с, чтобы удалить все оставшиеся следы нежелательного металла. Промыть сначала в чистом растворе PG, затем тщательно промыть в DI H2O и высушить вафу с n2 пистолет.
- Депозит жертвенного слоя парилен-C(рисунок 2C).
- Выставить вафельу на плазму O2 на 30 с, чтобы сделать основной слой парилен-С гидрофифилическим. Спиновое покрытие 2% чистящего раствора (например, Micro-90) в DI H2O на вафельку при 1000 об/мин при 30 с. Разрешить вафельу высушить не менее 5 мин.
ПРИМЕЧАНИЕ: Разбавленный раствор мыла действует как антиклея, позволяя жертвенный слой парилена-C быть очищенным вверх более поздно в процессе. - Депозит 3 мкм парилен-C на вафельу.
- Выставить вафельу на плазму O2 на 30 с, чтобы сделать основной слой парилен-С гидрофифилическим. Спиновое покрытие 2% чистящего раствора (например, Micro-90) в DI H2O на вафельку при 1000 об/мин при 30 с. Разрешить вафельу высушить не менее 5 мин.
- Используйте вторую фотомаску (маска-2) для определения моделей MXene и кольца по краю(рисунок 2D).
- Повторите шаги 2.2.1-2.2.4, на этот раз используя маску-2 и тщательно выравнивая знаки выравнивания между вафельной и фотомаской перед экспозицией.
- Используйте O2 плазменного реактивного ионного травления (RIE) для вытравливания через жертвенный слой парилена-C в областях, не покрытых фотоустойчивостью, чтобы определить электроды и следы MXene, которые должны частично перекрываться с взаимосвязаны Ti/Au, а также кольцо майнами. Подтвердите полное офорт жертвенного слоя парилен-С с помощью пропилометра для измерения профиля между открытыми соединёнствами Ti/Au и нижним слоем парилен-С.
ПРИМЕЧАНИЕ: Когда травление завершено, профиль по всей открытой металлической поверхности будет гладким, в то время как нижний слой парилен-C будет грубым и частично травления. Этот шаг etch должен быть завершен в planar etch RIE системы, а не баррель ашер, и etch раз и параметры будут сильно зависеть от системы RIE.
- Спин-слой MXene раствор на(Рисунок 2E).
- Pipette MXene решение на каждый из желаемых моделей MXene, а затем спина пластины на 1000 об/мин в течение 40 с. Сухой пластины на 120 градусов по Цельсию горячей пластины в течение 10 минут, чтобы удалить любую остаточную воду из пленки MXene.
- Используйте электронный испаритель пучка, чтобы депонировать 50 нм SiO2 на вафельку, чтобы выступать в качестве защитного слоя над шаблонами MXene для последующих этапов обработки.
ПРИМЕЧАНИЕ: Типичными параметрами осаждения являются базовое давление 5 х 10-7 Торр и скорость 2 к/с. - Удалите жертвенный слой парилена-C, чтобы узор MXene и SiO2 слоев(рисунок 2F).
- Нанесите небольшую каплю DI H2O на край и используйте пинцет, чтобы очистить жертвенный слой парилена-C, начиная с того места, где его края определяются в кольце вокруг внешней.
ПРИМЕЧАНИЕ: Вода будет сочетаться с остатками мыла под жертвенным слоем парилен-С, чтобы этот подъем. - Тщательно промыть вафельку в DI H2O, чтобы удалить оставшиеся остатки чистящего раствора. Высушите вафельу с пушкой N2, затем поместите на горячую тарелку 120 градусов по Цельсию в течение 1 ч, чтобы удалить любую остаточную воду из узорчатых пленок MXene.
- Нанесите небольшую каплю DI H2O на край и используйте пинцет, чтобы очистить жертвенный слой парилена-C, начиная с того места, где его края определяются в кольце вокруг внешней.
- Депозит 4 мкм толщиной верхний слой парилен-С(Рисунок 2G).
- Используйте третью фотомаску (маска-3) для определения контура устройства и отверстий над электродами и Au склеивания колодки (VIAs) (Рисунок 2H).
- Повторите шаги 2.2.1-2.2.4, на этот раз используя маску-3 и тщательно выравнивая знаки выравнивания между вафельной и фотомаской перед экспозицией.
- Используйте электронный луч испаритель, чтобы отложить 100 нм Аль на вафельу.
ПРИМЕЧАНИЕ: Типичными параметрами осаждения являются базовое давление 5 х 10-7 Торр и скорость 2 к/с. - Погрузите вафельку в удаляющий PG в течение 10 минут до тех пор, пока металл полностью не взлетел, оставив Al покрытие устройств с отверстиями для электродов и склеивания колодки. Когда старт завершен, снотись в течение 30 с, чтобы удалить все оставшиеся следы нежелательного металла. Промыть сначала в чистом растворе PG, затем тщательно промыть в DI H2O и высушить вафу с n2 пистолет.
- Etch parylene-C для шаблона устройства контура и отверстия над электродами и Au связи колодки (VIAs) (Рисунок 2I). Используйте O2 плазмы RIE, чтобы вытравить через слои парилен-C, окружающие устройства, и через верхний слой парилен-C, охватывающих как контакты электрода MXene и Au склеивания колодки.
ПРИМЕЧАНИЕ: Офорт завершен, когда на вафельке между устройствами не остается остатков парилена-C. Слой SiO2, покрывающий MXene, будет выступать в качестве слоя etch-stop, предотвращая травление плазмы O2 или повреждение контактов электрода MXene. - Etch слой Al, охватывающих устройства с помощью мокрой химической etch в Al etchant типа А на 50 градусов по Цельсию либо в течение 10 минут, или в течение 1 минуты прошлого, когда все визуальные следы Al исчезли, в зависимости от того, приходит первым. Etch SiO2, покрывающий электроды MXene с помощью влажного химического etch в 6:1 буферизированных оксида etchant (BOE) для 30 s(Рисунок 2J).
ПРИМЕЧАНИЕ: Микроэлектродные массивы MXene завершены. - Отпустите устройства из Si субстрат пластины, поместив небольшую каплю DI H2O на краю устройства, и осторожно пилинг вверх устройства, как вода злой под ним капиллярного действия (Рисунок 2K и Рисунок 3).
3. Строительство адаптеров и взаимодействие
ПРИМЕЧАНИЕ: На данный момент, тонкопленочные микроэлектродные массивы должны быть связаны с адаптером для подключения к системе электрофизиологии записи. 128ch стимуляции / записи контроллер с RHS2000 16-ch stim/record headstage (Таблица материалов), используемый в этом протоколе требует ввода через разъем совместимы с 18-контактный разъем A79039-001. В этом разделе используется печатная печатная плата (PCB, Рисунок 4A) с разъемом с нулевым вставкой (ЗИФ) для переплетения с колодками Au bonding на микроэлектродном массиве и разъеме A79040-001 для переплетения с головной фазой системы записи. В зависимости от системы сбора данных, различные разъемы могут быть использованы на PCB, чтобы позволить перемежаться с электрофизиологии головной убор.
- Приспойк Omnetics и qIF разъемы к PCB, применяя тонкую пленку припой пасты для каждого из контактных колодок на ПХБ, размещение частей в их соответствующих местах, и нагрева на горячей пластине, пока припой перетекает в форму соединений (Рисунок 4B).
ПРИМЕЧАНИЕ: Припаивание потока может быть сделано очень легко на горячей тарелке или в тостерной печи и не требует использования дорогостоящей печи reflow. - Нанесите два слоя полиимидной ленты(Таблица материалов)на заднюю сторону области связывающей площадки Au микроэлектродного массива MXene, чтобы придать устройству достаточную толщину для крепления в разъеме ЗИФ. После нанесения ленты, обрезать любые излишки за краями устройства parylene-C с помощью лезвия бритвы или точность ножницы(рисунок 4C).
- Либо под областью инспекции или с помощью увеличительных очков, выровнять MXene микроэлектродного массива в разъеме QIF так, что Au связывания колодки выровнять с контактами внутри разъема ЗИФ, а затем закрыть ЗИФ сформировать безопасное соединение (Рисунок 4D, E).
ПРИМЕЧАНИЕ: Разъем, используемый здесь, представляет собой 18-канальный разъем, в то время как используемое здесь устройство имеет 16 каналов. Дополнительные бесконтактные каналы легко идентифицируются как открытая схема с помощью импеданса тестирования во время записи сессий. - Проверьте электрохимический импеданс электродов MXene с помощью потентиостата для обеспечения успешного изготовления и подключения к адаптеру ПХД.
ПРИМЕЧАНИЕ: Разумные значения impedance приведены в разделе обсуждения для того чтобы помочь в утесить неполадок.
4. Острая имплантация и нейронная запись
ПРИМЕЧАНИЕ: Операции на взрослых самцах крыс Sprague Dawley выполняются с использованием стерильных инструментов и с асептической техникой. Дыхательный уровень, пальпебральный рефлекс и педали щепотку рефлекс проверяются каждые 10 минут для мониторинга глубины анестезии. Температура тела поддерживается с помощью грелки.
- Администрирование упрефлируемой анальгезии (подкожная инъекция бупренорфина устойчивого высвобождения ,SR, 1,2 мг/кг).
- Администрирование анестезии (интраперитонеальная инъекция смеси 60 мг/кг кетамина и 0,25 мг/кг дексмедетомидин).
- Подтверждайте надлежащий уровень анестезии каждые 10 минут на протяжении всего эксперимента, проверяя на отсутствие палпебральных и педалей щепотку рефлексов.
- Безопасная крыса в стереотаксической раме, нанесите глазную смазку на глаза и очистите бритую кожу головы 10% повидон-йодом.
- Разоблачить кальварию с одним разрезом кожи головы средней линии и тупым вскрытием основной ткани.
- Поместите винт 00-90 в череп, чтобы служить основанием для записей.
- Используя стоматологическую дрель с небольшой заусенцой, сделайте краниотомию в нужном корковом месте записи.
- Закрепите разъем массива к стереотаксическому манипулятору и расположите устройство над краниотомией. Аккуратно опустите, пока весь массив не соприкасается с открытой корой.
- Оберните землю провода вокруг черепа винт.
- Подключите хед-сцену системы записи к массиву и начните записывать спонтанную активность.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Примеры данных микро-ECoG, записанных на микроэлектродном массиве MXene, показаны на рисунке 5. После нанесения электродного массива на кору, четкие физиологические сигналы были сразу же видны на записывающих электродах, с примерно 1 мВ амплитуды ECoG сигналы появляются на всех электродM MXene. Силовые спектры этих сигналов подтвердили наличие двух мозговых ритмов, обычно наблюдаемых у крыс под анестезией кетамина-дексмедетомидина: медленные колебания 1х2 Гц и колебания на уровне 40–70 Гц. Кроме того, в период "вниз" наблюдалось забасивание мощности широкополосной связи в состоянии медленного колебания и селективное усиливание мощности (15–30 Гц) и диапазона (40–120 Гц) во время «вверх» состояния медленного колебания. Результаты могут варьироваться в зависимости от видов животных, используемых в исследовании, целевой области мозга, тип анестезии, и прошло время с момента введения анестезии.
Рисунок 1: Схема, изображающая процедуру синтеза MXene. (A) Ti3AlC2 MAX добавляется в селективное решение etchant (HF, HCl, и DI H2O), что приводит к удалению алюминия (Al). (B) После мытья раствора травления до нейтрального рН с использованием DI H2O, многослойный Ti3C2 получен. Многослойный Ti3C2 переплетан сЛи- из вквого раствора хлорида лития (LiCl). (C) После мытья реакции интеркалации, отложения опухоль наблюдается представляющий обмен Лис H2O. Агитация опухшие осадки приводит к отшелушивается (или delaminated) одно- и малослойных хлопьев Ti3C2 MXene в H2 O. Размер выбора и разделения delaminated Ti3C2 MXene от многослойного Ti3C этап 2 иTi. (D) Ti3C2 MXene чернила передается через шприц в Аргоне запечатанный флакон headspace для долгосрочного хранения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2: Схема процедуры изготовления микроэлектродных массивов MXene. (A) Нижний слой парилен-C откладывается на чистой Si. (B) Ti/Au (10 nm/100 nm) проводящие следы узорчаты через фотолитографию, осаждение e-beam, и старт-офф. (C) Применяется антиклеевный слой 1% чистящего раствора di H2O, за которым следует осаждение жертвенного слоя парилен-С. (D) Жертвенный слой парилена-C узорчатый через фотолитографию и O2 RIE травления. (E) Ti3C2 MXene спин-покрытием на вафельу, а затем e-beam осаждения 50 нм SiO2. (F) Пожертвованный слой парилена-C снимается, остатки чистящего раствора смываются, а вафля выпекается сухой. (G) Верхний слой парилен-C откладывается. (H) Слой маски al etch узорчат с помощью фотолитографии, осаждения электронных лучей и подъема для определения VIA и контура устройства. (I) Parylene-C над контактами электрода и окружающими приспособлениями выгравирован прочь через O2 RIE. (J) Al etch маска и SiO2 защитный слой над MXene выгравированы прочь через влажные процессы etch. (K) Готовое устройство снимается с. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 3: Фотографии и оптические микроскопии изображения микроэлектродных массивов MXene. (A) Фотография 3-дюймовый Si пластины, содержащие 14 завершенных MXene микроэлектродных массивов. Обратите внимание на золотое кольцо вокруг внешнего края, что полезно для выполнения шага 2.7 эффективно. (B) Оптический микроскоп изображение, показывающее пилинг до завершенного устройства из пластины с использованием небольшого количества DI H2O. (C) Оптический микроскоп изображение, показывающее массив микроэлектродов MXene. (D) Оптический микроскоп изображение отдельного электрода MXene. Шкала баров 1 см, 3 мм, 500 мкм, 20 мкм (слева направо). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 4: Взаимодействие микроэлектродного массива MXene с адаптерной доской. (A) PCB с прокладками для пайки Omnetics и разъемы ЗИФ. (B) PCB после пайки omnetics и разъемы ЗИФ. (C) Добавление полиимидных слоев на заднюю сторону Au склеивания колодки устройства, чтобы дать достаточную толщину для разъема ЗИФ. Два слоя полиимида добавляются (вверху), а затем обрезаются по краям (внизу). (D) Микроэлектродный массив MXene, вставленный в разъем ЗИФ с правильным выравниванием. (E) Вид сверху микроэлектродного массива MXene, подключенного к адаптерной доске и готового к эксперименту записи. Шкала баров 2 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 5: Репрезентативные результаты нейронной записи. (A) Иллюстрация размещения массива micro-ECoG на корковой поверхности обезболной крысы. (B) Сегмент записанной корковой активности показан для 9 электродов. Путивные корковые «вниз» состояния, основанные на корыте медленного колебания (1 х2 Гц), показаны красными кругами. (C) Мощность спектральной плотности для каждого канала записи. (D) "Вниз" состояние триггера scalogram для репрезентативного канала микро-ECoG. Обратите внимание на затусание мощности широкополосной связи во время «вниз» состояния и селективного диапазона (15–30 Гц) и усиления мощности в диапазоне (40–120 Гц) во время «вверх» состояния. Наложенный черный след показывает среднее медленное колебание. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
MXene синтеза и delamination процедура, описанная в этом протоколе (HF / HCl / LiCl) был построен из MILD травления подход, который использовал LiF / HCl (в situ HF) etchant среды26. Подход MILD позволяет проводить сплочение больших хлопьев Ti3C2 (несколько мкм в боковом размере) при спонтанном delaminated во время стирки после достижения рН-5-6. По сравнению с травлением только с HF, это приводит к материалу с более высоким качеством и улучшенными свойствами материала, таким как электронная проводимость и химическая стабильность. Метод HF/HCl/LiCl использует преимущества улучшений синтеза MILD, в то же время дополнительно отделяя каждый шаг (травление, интеркалирование и делемирование), что позволяет усилить контроль пользователя.
На этапе 1.1 соотношение сырья (TiC, Al, Ti), температуры, скорости рампы температуры и времени имеют решающее значение для достижения правильной фазы MAX. Просеивание фазы MAX до травления обеспечит более однородное травление. Добавление фазы MAX к etchant-носителям (шаг 1.2) должно проводиться медленно, чтобы предотвратить перегрев и предлагается общее правило 5 мин на 1 г MAX. Если перегрев становится проблемой, ледяная ванна должна быть использована во время добавления Ti3AlC2 MAX фазы. При стирке реакции травления на нейтральный рН (шаг 1.3) каждый кислый супернатант после центрифугации должен быть прозрачным. Если супернатант после центрифугации темный или разбавленный зеленый, увеличьте время центрифуги и/или скорость осадка материала. Поскольку добавление LiCl в H2O является экзотермическим, некоторое нагревание будет происходить (шаг 1.4). В этой процедуре время интеркалирования (шаг 1.4) составляет 12 ч, хотя его можно изменить или сократить до 15 минут. Качество деламинации (шаг 1.5) зависит от количества воды, используемой во время стирки, и степени возбуждения. Супернатанты, декантированные во время этого шага, могут быть разбавленными, а не прозрачными. Если осадок материала становится проблемой, следует использовать увеличение скорости центрифуги/rcf. Очень важно выполнять разделение и выбор размера центрифугированием (шаг 1.5), чтобы избежать полидисперсных образцов. Невыполнение этого шага приведет к чернила, которые имеют как Ti3AlC2 MAX фазы загрязнения и большие многослойные частицы Ti3C2. Во время шага 1.6 важно, чтобы объем пространства головы флакона был сведен к минимуму.
Во время изготовления микроэлектродных массивов MXene существует несколько критических шагов, которые необходимы для производства функционирующих высококачественных электродов. Важно спроектировать первую фотомаску так, чтобы вокруг внешнего края (шаг 2.2) было узором металлическое кольцо, а второе фотомаска было таково, что есть соответствующее, чуть большее диаметр кольца, которое будет выгравировано через жертвенный парилен-С (шаг 2.4) слой, помогая в удалении жертвенного слоя. Без этого кольца, это может быть трудно установить край, чтобы начать пилинг вверх жертвенный parylene-C слой в шаге 2.7. Во время шага 2.3, очень важно подвергать o2 плазмы, чтобы разбавленный раствор очистки должным образом мокрый и придерживаться пластины. Невыполнение этого шага приведет к тому, что области не накапливают антиклееобразный слой, что делает невозможным удаление жертвенного слоя парилен-С в шаге 2.7. Во время удаления жертвенного слоя парилен-С в шаге 2.7, важно быть осторожным, чтобы избежать царапин или повреждения нижнего слоя парилен-С, так как это может привести к образованию пузырьков между нижней парилен-С и Si, и последующей delamination. Если жертвенный слой парилена-С не очищается легко, немного более концентрированный очищающий раствор (4% в DI) может быть использован в шаге 2.3.1, или воздействие плазмы O2 в шаге 2.3.1 может быть продлено для улучшения гидрофилики базового слоя парилен-С.
После завершения изготовления необходимо правильное взаимодействие устройства MXene с разъемной доской. Добавление двух слоев полиимидной ленты в шаге 3.2 имеет важное значение для обеспечения надлежащей толщины для вставки в разъем ЗИФ, однако следует позаботиться о том, чтобы избежать случайного сворачивания или скомкания тонкого устройства парилен-С во время добавления ленты, так как невозможно удалить ленту, не повреждая устройство. Впоследствии, правильное выравнивание Колодок Au на устройстве MXene с булавками внутри разъема QIF(рисунок 4D) имеет важное значение для формирования надежного соединения (шаг 3.3). На данном этапе измерение импеданса электродов MXene полезно для устранения неполадок. 50 мкм х 50 мкм квадратный электрод MXene должен иметь импедационную величину около 50 кГ ц на частоте 1 кГц в 1x PBS, и 25 мкм диаметр кругового электрода MXene должны иметь импедационную величину около 200 кЗ при тех же параметрах36. Импеданс значительно больше, чем это может указывать на то, что электрод не подключен должным образом в разъеме ЗИФ, или что электрод MXene не подвергается, как это может произойти, если либо верхний слой парилен-C не был полностью выгравирован в шаге 2.10 или SiO2 защитный слой не был полностью выгравирован в шаге 2.11.
Одним из ограничений этого метода является изменчивость толщины пленки MXene, которая иногда наблюдается после спин-кастинга MXene на вафельу. Эта изменчивость может стать более выраженной, если электроды масштабируются до больших площадей. Это ограничение можно легко преодолеть с помощью спрей-покрытие вместо спин-покрытие применять MXene к пластине, представляющих другой простой, недорогой метод обработки решений, с которым MXene, и этот протокол, совместимы39.
Описанный здесь протокол открывает новые захватывающие возможности в области неврологии и в более широкой области биоэлектроники. Хотя уже давно существует интерес к использованию углеродных наноматериалов для нейронных микроэлектродов, включение Ti3C2 MXene в такие электроды позволило значительно упростить и более высокой пропускной результате изготовления, чем это было возможно с другими углеродных наноматериалов. Кроме того, выдающиеся свойства Ti3C2 MXene надевают электроды с удивительно низким ими для их размера, тем самым улучшая чувствительность и качество сигнала. Растущий объем литературы также описывает ряд методов для микропаттернинга MXene, которые могут быть адаптированы для изготовления микроэлектродов MXene в будущем, в том числе микро-контакт печати40, струйная печать41,42, и автоматизированная гравюра скальпеля43. Существует большой потенциал для расширения этого протокола для изготовления Ti3C2 MXene электродов произвольного размера и геометрии для целого ряда биозондирующих приложений.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Эта работа была поддержана Национальными институтами здравоохранения (грант нет. R21-NS106434), Citizens United for Research in Epilepsy Taking Flight Award, Фонд семьи Мировски и Нил и Барбара Смит (F.V.); Национальный научный фонд Аспирантуру стипендий (грант нет. DGE-1845298 в Н.Д. и Б.М.); Армейское научно-исследовательское бюро (Кооперативное соглашение Номер W911NF-18-2-0026 до К.М.); и армией США через Программу Инициативы По поверхности науки в Химическом биологическом центре Эджвуда (PE 0601102A Project VR9 до Y.G. и K.M.). Эта работа была проведена частично в Центре нанотехнологий Сингха, который поддерживается Национальным научным фондом Национальной программы нанотехнологий (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).
