Summary
Vi beskriver här en metod för att fabricera Ti3C2 MXene microelectrode arrayer och utnyttja dem för in vivo neural inspelning.
Abstract
Implanterbar mikroelektrod teknik har ofta använts för att belysa neural dynamik på mikroskala för att få en djupare förståelse av neurala underbyggnad av hjärnsjukdom och skada. Eftersom elektroder miniatyriseras till omfattningen av enskilda celler, begränsar en motsvarande ökning av gränssnittet impedans kvaliteten på inspelade signaler. Dessutom är konventionella elektrodmaterial styva, vilket resulterar i en betydande mekanisk obalans mellan elektroden och den omgivande hjärnvävnaden, vilket framkallar ett inflammatoriskt svar som så småningom leder till en nedbrytning av enhetens prestanda. För att ta itu med dessa utmaningar har vi utvecklat en process för att tillverka flexibla mikroelektroder baserade på Ti3C2 MXene, ett nyligen upptäckt nanomaterial som besitter anmärkningsvärt hög volymetrisk kapacitans, elektrisk ledningsförmåga, ytfunktionalitet och processbarhet i vattenspridningar. Flexibla matriser av Ti3C2 MXene mikroelektroder har anmärkningsvärt låg impedans på grund av den höga ledningsförmågan och hög specifik yta av Ti3C2 MXene filmer, och de har visat sig vara utsökt känsliga för inspelning neuronal aktivitet. I detta protokoll beskriver vi en ny metod för mikromönster Ti3C2 MXene i mikroelektrodarrayer på flexibla polymera substrat och beskriver deras användning för in vivo mikro-elektrokortikografiinspelning. Denna metod kan enkelt utvidgas för att skapa MXene elektrod arrayer av godtycklig storlek eller geometri för en rad andra tillämpningar inom bioelektronik och det kan också anpassas för användning med andra ledande bläck förutom Ti3C2 MXene. Detta protokoll möjliggör enkel och skalbar tillverkning av mikroelektroder från lösningsbaserade ledande bläck, och möjliggör specifikt utnyttjande av de unika egenskaperna hos hydrofila Ti3C2 MXene för att övervinna många av de hinder som länge har hindrat den utbredda antagandet av kolbaserade nanomaterial för högtrohet neurala mikroelektroder.
Introduction
Förstå de grundläggande mekanismerna bakom neurala kretsar, och hur deras dynamik ändras i sjukdom eller skada, är ett kritiskt mål för att utveckla effektiva therapeutics för ett brett spektrum av neurologiska och neuromuskulära sjukdomar. Mikroelektrod teknik har använts ofta för att belysa neural dynamik på fina rumsliga och tidsmässiga skalor. Att få stabila inspelningar med hög signal-brusförhållande (SNR) från mikroskala elektroder har dock visat sig vara särskilt utmanande. Eftersom elektrodernas dimensioner reduceras för att närma sig cellulär skala, försämrar en motsvarande ökning av elektrodimpedanssignalkvalitet1. Dessutom har många studier visat att styva elektroder som består av konventionella kisel och metall elektroniska material producerar betydande skador och inflammation i nervvävnaden, vilket begränsar deras användbarhet för långsiktig inspelning2,3,4,5. Med tanke på dessa fakta har det funnits ett betydande intresse av att utveckla mikroelektroder med nya material som kan minska elektrodvävnadsgränssnittets impedans och kan införlivas i mjuka och flexibla formfaktorer.
En vanlig metod för att minska elektrodvävnadgränssnittsimpedansen ökar det område över vilket joniska arter i den extracellulära vätskan kan interagera med elektroden, eller elektrodens "effektiva yta". Detta kan uppnås genom nanomönster6,ytga7, eller galvanisering med porösa tillsatser8,9. Nanomaterial har fått stor uppmärksamhet inom detta område eftersom de erbjuder i sig höga specifika ytor och unika kombinationer av gynnsamma elektriska och mekaniska egenskaper10. Till exempel har kolnanorör använts som beläggning för att avsevärt minska elektrodimpedans11,12,13,grafenoxid har bearbetats till mjuka, flexibla fristående sondelektroder14, och laser-pyrolyzed porösa grafen har använts för flexibla, låg-impedance mikro-elektrocorticography (mikro-ECoG) elektroder15. Trots deras löfte, en brist på skalbara monteringsmetoder har begränsat den utbredda antagandet av nanomaterial för neurala sammanflätade elektroder. Kolbaserade nanomaterial i synnerhet är vanligtvis hydrofoba, och kräver därmed användning av ytaktiva ämnen16, supersyror17, eller ytfunktionisering18 för att bilda vattenspridningför lösning-bearbetning tillverkningsmetoder, medan alternativa metoder för tillverkning, såsom kemisk ånga nedfall (CVD), vanligtvis kräver höga temperaturer som är oförenliga med många polymera substrat19,20,21 ,22.
Nyligen har en klass av tvådimensionella (2D) nanomaterial, känd som MXenes, beskrivits som erbjuder en exceptionell kombination av hög ledningsförmåga, flexibilitet, volymetrisk kapacitans, och inneboende hydrofilicitet, vilket gör dem till en lovande klass av nanomaterial för neurala sammanflätade elektroder23. MXenes är en familj av 2D övergång metall karbider och nitrider som oftast produceras genom selektivt etsning A-elementet från skiktade prekursorer. Dessa är vanligtvis MAX faser med den allmänna formeln Mn +1AXn, där M är en tidig övergång metall, A är en grupp 12−16 element av det periodiska systemet, X är kol och / eller kväve, och n = 1, 2 eller 324. Tvådimensionella MXene-flingor har ytavslutande funktionella grupper som kan inkludera hydroxyl (−OH), syre (−O) eller fluor (−F). Dessa funktionella grupper gör MXenes i sig hydrofila och möjliggör flexibel ytmodifiering eller funktionalisering. Av den stora klassen av MXenes har Ti3C2 varit den mest omfattande studerade och kännetecknade25,26,27. Ti3C2 visar anmärkningsvärt högre volymetrisk kondensatans (1 500 F/cm3)28 än aktiverad grafen (~60−100 F/cm3)29,karbida-härledda kol (180 F/cm3)30och grafengelfilmer (~260 F/cm3)31. Dessutom visar Ti3C2 extremt hög elektronisk ledningsförmåga (~10,000 S/cm)32, och dess biokompatibilitet har visats i flera studier33,34,35,36. Den höga volymetriska kapacitans en Ti3C2-filmer är fördelaktig för biologisk avsenande och stimuleringstillämpningar, eftersom elektroder som uppvisar kapacitiv laddningsöverföring kan undvika potentiellt skadliga hydrolysera reaktioner.
Vår grupp har nyligen visat flexibla, tunnfilm Ti3C2 mikroelektrod arrayer, beredd med hjälp av lösningbearbetningsmetoder, som kan registrera både mikro-elektrokortikografi (mikro-ECoG) och intrakortikal neuronal spiking aktivitet in vivo med hög SNR36. Dessa MXene elektroder visade signifikant minskad impedans jämfört med storlek-matchade guld (Au) elektroder, som kan hänföras till den höga ledningsförmågan hos MXene och den höga ytan av elektroderna. I detta protokoll beskriver vi de viktigaste stegen för att tillverka planar microelectrode arrayer av Ti3C2 MXene på flexibla parylen-C substrat och utnyttja dem in vivo för intraoperativ mikro-ECoG inspelning. Denna metod utnyttjar mxenes hydrofila karaktär, vilket möjliggör användning av lösningsbearbetningsmetoder som är enkla och skalbara utan att det krävs användning av ytaktiva ämnen eller supersyror för att uppnå stabila vattensuspensioner. Denna enkla processbarhet kan möjliggöra kostnadseffektiv produktion av MXene biosensorer i industriella skalor, vilket har varit en stor begränsning för ett utbrett införande av produkter baserade på andra kolnanomaterial. Den viktigaste innovationen i elektrodtillverkningen ligger i användningen av ett offerpolymeriskt skikt för att mikromönster MXene efter spin-beläggning, en metod anpassad från litteratur på lösning-bearbetade poly (3,4-ethylenedioxythiophene):poly (styren sulfonat) (PEDOT:PSS) mikroelektroder37, men som inte tidigare hade beskrivits för mönster MXene. De exceptionella elektriska egenskaperna hos Ti3C2, tillsammans med dess processbarhet och 2D morfologi gör det till ett mycket lovande material för neurala gränssnitt. Ti3C2 erbjuder i synnerhet en väg mot att övervinna den grundläggande avvägningen mellan elektrodgeometriskt område och elektrokemiskt gränssnittsimpedans, en primär begränsande faktor för mikroskala elektrodprestanda. Dessutom kan tillverkningsförfarandet som beskrivs i detta protokoll anpassas för att producera MXene elektrodarrayer av varierande storlekar och geometrier för olika inspelningsparadigm, och kan också enkelt anpassas för att införliva andra ledande bläck förutom MXene.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alla in vivo-förfaranden som överensstämmer med National Institutes of Health (NIH) Guide for the Care and Use of Laboratory Animals och godkändes av institutional animal care and use committee (IACUC) vid University of Pennsylvania.
1. Syntes av Ti3C2 MXene
OBS: De reaktionsförfaranden som beskrivs i detta avsnitt är avsedda för användning inuti en kemisk rökhuva. Tvättsteg som ingår i detta förfarande är avsedda att användas med balanserade centrifugrör. Allt avfall som produceras betraktas som farligt avfall och bör kasseras på lämpligt sätt enligt universitetets riktlinjer.
VARNING: Fluorvätesyra (HF) är en extremt farlig, mycket frätande syra. Se materialsäkerhetsdatabladen (MSDS) för de kemikalier som används för att syntetisera MXenes före användning och genomföra och följa lämpliga säkerhetsåtgärder. Lämplig personlig skyddsutrustning (PPE) för hantering av HF omfattar ett laboratorieskikt, syrabeständigt förkläde, nära till klädda skor, långbyxor, skyddsglasögon, full face shield, nitrilhandskar och HF-resistenta handskar av butylgummi eller neoprengummi.
- MAX fassyntes
- Syntetisera Ti3AlC2 med kulfräsning TiC (2 μm), Ti (44 μm) och Al (44 μm) pulver vid ett molarförhållande (TiC:Ti:Al) på 2:1:1 för 18 h med zirkonibollar. Placera pulver i aluminiumoxiddegel, värm till 1 380 °C (5 °C värme) och håll i 2 h under argon. Efter att pulverhar svalnat, fräs MAX-blocket och sikten genom en 200 mesh sikt (<74 μm partikelstorlek).
OBS: Ti3AlC2 MAX fas föregångare som används för att syntetisera MXenes har visat sig ha direkta konsekvenser för den resulterande Ti3C2 MXene egenskaper38. Den Ti3C2 används för att tillverka neurala elektroder var selektivt etsade från MAX beredd efter ett tidigare förfarande26.
- Syntetisera Ti3AlC2 med kulfräsning TiC (2 μm), Ti (44 μm) och Al (44 μm) pulver vid ett molarförhållande (TiC:Ti:Al) på 2:1:1 för 18 h med zirkonibollar. Placera pulver i aluminiumoxiddegel, värm till 1 380 °C (5 °C värme) och håll i 2 h under argon. Efter att pulverhar svalnat, fräs MAX-blocket och sikten genom en 200 mesh sikt (<74 μm partikelstorlek).
- Etsning: Avlägsnande av Al-skiktet i Ti3AlC2 i en sur etsmedellösning(figur 1A)
- Förbered den selektiva etsninglösningen i en plastbehållare på 125 ml genom att först lägga till 12 ml avjoniserat vatten (DI H2O) följt av tillsats av 24 ml saltsyra (HCl). Iförd alla lämpliga HF etsning PPE, tillsätt 4 ml HF till etchant behållaren. Utför selektiv etsning genom att långsamt lägga till 2 g Ti3AlC2 MAX fas till reaktionsbehållaren och rör om med en Teflon magnetstapel i 24 h vid 35 °C vid 400 rpm.
- Tvättning: Föra materialet till neutralt pH.
- Fyll två centrifugrör på 175 ml med 100 ml DI H2O. Dela upp etsningsreaktionsblandningen i 175 ml centrifugrör och tvätta materialet genom upprepad centrifugering vid 3 500 rpm (2 550 x g)i 5 min. Dekantera den sura supernatanten i en behållare för farligt avfall av plast. Upprepa tills pH når 6.
- Intercalation: Införande av molekyler mellan flerskiktad MXene partikel för att vakna out-of-plane interaktioner(figur 1B)
- Tillsätt 2 g litiumklorid (LiCl) till 100 ml DI H2O och rör om vid 200 rpm tills den är upplöst. Blanda 100 ml LiCl/H2O med Ti3C2/Ti3AlC2 sediment och rör om reaktionen för 12 h vid 25 °C.
- Delamination: Exfoliering från bulk flerskiktspartikel till enkel- till få-lager Ti3C2 MXene(figur 1C)
- Tvätta intercalationreaktionen i 175 ml centrifugrör genom centrifugering vid 2 550 x g i 5 min. Dekantera den klara supernatanten. Upprepa tills en mörk supernatant hittas.
- Fortsätt att centrifugera för 1 h vid 2.550 x g. Dekantera den utspädda gröna supernatanten.
- Återskingra det svullna sedimentet med 150 ml DI H2O. Överför supernatant till 50 ml centrifugrör och centrifuger vid 2 550 x g i 10 min för att separera återstående MAX (sediment) från MXene (supernatant).
OBS: Återspridning av sedimentet kommer att bli svårt och kommer att kräva agitation eller manuell skakning. - Samla supernatant som Ti3C2 MXene. Utför ytterligare storlek urval och optimering av lösningen för att isolera enstaka till få lager flingor genom att samla supernatant efter en centrifugering steg på 2.550 x g för 1 h.
- Lösningsförvaring: Förpackning av MXene-bläcket för långtidsförvaring(figur 1D)
- Argon bubblar lösningarna i 30 min före förpackning i en Argon förseglad headspace flaska (överföring via en spruta). Förvara lösningar vid höga koncentrationer (>5 mg/ml), bort från solljus och vid låga temperaturer (≤5 °C) för att säkerställa livslängden.
2. Tillverkning av Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays
OBS: Förfarandet som beskrivs i detta avsnitt är avsett att användas i en vanlig universitetsanläggning, såsom Singh Center for Nanotechnology vid University of Pennsylvania. Denna anläggning, liksom liknande anläggningar, är tillgängliga för utomstående användare som en del av National Nanotechnology Infrastructure Network (NNIN) som stöds av National Science Foundation (NSF). I dessa anläggningar, många av de verktyg, utrustning och material som beskrivs i detta avsnitt tillhandahålls tillsammans med tillgång till renrum anläggningen och skulle inte kräva separat köp.
VARNING: Många av de kemikalier som används vid tillverkning av MXene elektroder är farliga, inklusive photoresists, RD6 utvecklare, remover PG, aluminium etsning lösning, och buffrad oxid etchant. Kontakta belastningsbesvär för dessa kemikalier före användning och genomföra och följa lämpliga säkerhetsåtgärder hela tiden. Alla kemikalier ska hanteras i en rökhuva.
- Sätt in ett 4 μm tjockt bottenskikt av parylen-C på en ren Si wafer (se figur 2A).
- Använd den första fotomasken (mask-1) för att definiera enheternas sammanlänkningar av metallen, samt en metallring runt kanten av rånet för att hjälpa till i senare lyftsteg (figur 2B).
- Spinnkappa NR71-3000p på rånet vid 3 000 rpm för 40-talet. Mjuk grädda wafer på en kokplatta i 14,5 min vid 95 °C.
- Fyll på wafer och mask-1 i en maskjustering. Placera wafer så att ringen på fotomasken överlappar alla kanter av wafer.
- Exponera med i-line (365 nm våglängd) vid en dos på 90 mJ/cm2. Hård baka wafer på en kokplatta i 1 min vid 115 °C.
- Sänk ned wafer en 2 min-utvecklare i 2 min och kontinuerligt redigera lösningen. Skölj noggrant med DI H2O och föna med en N2 pistol.
- Använd en elektronstråleförångare för att deponera 10 nm Ti, följt av 100 nm Au på rånet.
OBS: Typiska depositionparametrar är ett bastryck på 5 x 10-7 Torr och en hastighet av 2 Å/s. - Sänk ned wafer i remover PG för ~ 10 min tills photoresist har lösts upp och överflödig metall har helt lyfts bort, lämnar Ti / Au endast i önskad sammanlänkning spår och ringen runt kanten av wafer. När lift-off verkar komplett, sonicate för 30 s för att ta bort eventuella återstående spår av oönskad metall. Skölj wafer först i ren remover PG-lösning, skölj sedan noggrant i DI H2O och torka rånet med en N2 pistol.
- Sätt in offerparylen-C-lagret(figur 2C).
- Exponera wafer till O2 plasma för 30 s för att göra den underliggande parylen-C lager hydrofila. Spinnkappa 2% rengöringslösning (t.ex. Micro-90) i DI H2O på rånet vid 1 000 varv/min i 30-talet. Låt wafer lufttorka i minst 5 minuter.
OBS: Utspädd tvållösning fungerar som ett antilim, vilket gör att offerparylen-C-skiktet kan skalas upp senare i processen. - Sätt in 3 μm parylen-C på rånet.
- Exponera wafer till O2 plasma för 30 s för att göra den underliggande parylen-C lager hydrofila. Spinnkappa 2% rengöringslösning (t.ex. Micro-90) i DI H2O på rånet vid 1 000 varv/min i 30-talet. Låt wafer lufttorka i minst 5 minuter.
- Använd den andra fotomasken (mask-2) för att definiera MXene-mönstren och en ring runt kanten av wafer(bild 2D).
- Upprepa steg 2.2.1−2.2.4, denna gång med mask-2 och justera försiktigt justeringsmarkeringarna mellan wafer och fotomask före exponering.
- Använd O2 plasmareaktiv jonetning (RIE) för att etsa genom offerparylen-C-skiktet i de områden som inte omfattas av fotoresistet för att definiera MXene-elektroderna och spåren, som delvis bör överlappa Ti/Au-gränssnitten, liksom ringen runt kanterna på rånet. Bekräfta fullständig etsning av offerparylen-C-skiktet med hjälp av en profilometer för att mäta profilen mellan de exponerade Ti/Au-gränssnitten och det nedre parylen-C-lagret.
OBS: När etsningen är klar kommer profilen över den exponerade metallytan att vara slät, medan det nedre parylen-C-lagret kommer att vara grovt och delvis etsat. Detta etch steg bör slutföras i en planar etch RIE system, inte en tunna asher, och etch gånger och parametrar kommer att vara mycket beroende av RIE-systemet.
- Spin-coat MXene-lösningen på waferen(figur 2E).
- Pipette MXene lösning på var och en av de önskade MXene mönster, sedan snurra wafer på 1.000 rpm för 40 s. Torka wafer på en 120 ° C kokplatta i 10 min för att ta bort eventuellt kvarvarande vatten från MXene filmen.
- Använd en elektronstråleförångare för att deponera 50 nm SiO2 på wafer, för att fungera som ett skyddande lager över MXene mönster för efterföljande bearbetningsteg.
OBS: Typiska depositionparametrar är ett bastryck på 5 x 10-7 Torr och en hastighet av 2 Å/s. - Ta bort offerparylen-C-lagret för att mmönstra MXene- och SiO2-lagren (bild 2F).
- Applicera en liten droppe DI H2O på kanten av rånet och använd pincett för att skala upp offerparylen-C-lagret, med början där dess kanter definieras i ringen runt utsidan av rånet.
OBS: Vattnet kommer att kombineras med tvålrester under offerparylen-C lager för att möjliggöra denna lyft-off. - Skölj wafer noggrant i DI H2O för att avlägsna eventuella återstående rengöringslösningsrester. Torka wafer med en N2 pistol, placera sedan på en 120 ° C kokplatta för 1 h för att ta bort eventuellt kvarvarande vatten från mönstrade MXene filmer.
- Applicera en liten droppe DI H2O på kanten av rånet och använd pincett för att skala upp offerparylen-C-lagret, med början där dess kanter definieras i ringen runt utsidan av rånet.
- Sätt in 4 μm tjockt toppskikt av parylen-C(figur 2G).
- Använd den tredje fotomasken (mask-3) för att definiera enhetskontur och öppningar över elektroder och Au bonding pads (VIAs) (Figur 2H).
- Upprepa steg 2.2.1−2.2.4, denna gång med mask-3 och försiktigt justera justeringsmarkeringarna mellan wafer och fotomask före exponering.
- Använd en elektronstråleförångare för att deponera 100 nm Al på rånet.
OBS: Typiska depositionparametrar är ett bastryck på 5 x 10-7 Torr och en hastighet av 2 Å/s. - Sänk ned wafer i remover PG för ~10 min tills metallen har lyfts helt av, vilket gör att Al täcker enheterna med öppningar för elektroderna och bondingkuddarna. När lyft är klar, sonicate för 30 s för att ta bort eventuella återstående spår av oönskad metall. Skölj wafer först i ren remover PG-lösning, skölj sedan noggrant i DI H2O och torka rånet med en N2 pistol.
- Etsa parylen-C för att mönster enheten kontur och öppningar över elektroder och Au bonding kuddar (VIAs) (Figur 2I). Använd O2 plasma RIE för att etsa genom parylen-C-lagren som omger enheterna, och genom det övre parylen-C-lagret som täcker både MXene-elektrodkontakterna och Au-bindningskuddarna.
NOT: Etsning är klar när inga parylen-C-rester finns kvar på plattorna mellan anordningarna. SiO2-lagret som täcker MXene kommer att fungera som ett etch-stop-lager, vilket förhindrar att O2-plasman etsas in i eller skadar MXene-elektrodkontakterna. - Etsa al-skiktet som täcker de anordningar som använder en våt kemisk etsning i Al etchant typ A vid 50 °C antingen i 10 min, eller för 1 min förbi när alla visuella spår av Al har försvunnit, beroende på vilket som inträffar först. Etsa SiO2 som täcker MXene elektroderna med hjälp av en våt kemisk etch i 6:1 buffrad oxid etchant (BOE) för 30 s(figur 2J).
Obs: MXene microelectrode arrayer är nu klara. - Släpp enheterna från Si substratwafer genom att placera en liten droppe DI H2O vid kanten av en enhet, och försiktigt skala upp enheten som vatten är ond under den genom kapillär verkan(Figur 2K och figur 3).
3. Adapterkonstruktion och gränssnitt
OBS: Vid denna punkt måste tunnfilmsmikroelektrodmatriserna vara gränssnitt med en adapter för att ansluta till elektrofysiologiinspelningssystemet. Den 128ch stimulering / inspelning controller med RHS2000 16-ch stim / rekord headstage(Table of Materials) som används i detta protokoll kräver indata via en kontakt kompatibel med 18-stiftskontakten A79039-001. I det här avsnittet används en kretskort (PCB, figur 4A)med en ZIF-kontakt (zero-insertion force) för samspel med Au-bindningsdynorna på mikroelektrodmatrisen och kontakten A79040-001 för samspel med inspelningssystemets huvudsteg. Beroende på dataförvärvssystemet kan olika kontakter användas på PCB för att möjliggöra samspel med elektrofysiologins huvudsteg.
- Löd omnetics och ZIF-kontakter på PCB genom att applicera en tunn film av lödpasta på var och en av kontaktkuddarna på PCB, placera delarna på sina lämpliga platser och uppvärmning på en värmeplatta tills lödan återströmmar för att bilda anslutningar(figur 4B).
OBS: Reflow lödning kan göras mycket lätt på en kokplatta eller i en brödrost ugn och kräver inte användning av en kostsam reflow ugn. - Applicera två lager polyimidtejp(Table of Materials)på baksidan av Au-bindningsplattan i MXene-mikroelektrodenmatrisen för att ge enheten tillräcklig tjocklek för att säkras i ZIF-kontakten. Efter applicering av tejpen, trimma eventuellt överskott utanför kanterna på parylen-C-enheten med hjälp av ett rakblad eller precisionsax(figur 4C).
- Antingen under en inspektionomfattning eller med förstoringsglas, rikta in MXene microelectrode array i ZIF-kontakten så att Au-bindningsdynorna överensstämmer med stiften inuti ZIF-kontakten och stäng sedan ZIF för att bilda en säker anslutning(figur 4D,E).
ZIF-kontakten som används här är en 18-kanalskontakt, medan enheten som används här har 16 kanaler. De extra okontaktade kanalerna identifieras enkelt som en öppen krets med hjälp av impedanstestning under inspelningssessioner. - Testa den elektrokemiska impedansen hos MXene-elektroderna med hjälp av en potentiostat för att säkerställa framgångsrik tillverkning och anslutning till PCB-adaptern.
RIMLIGA impedansvärden anges i diskussionsavsnittet för att hjälpa till med felsökning.
4. Akut implantation och neural inspelning
OBS: Operationer på vuxna manliga Sprague Dawley råttor utförs med sterila instrument och med aseptisk teknik. Andningsfrekvens, palpebral reflex och pedal nypa reflex kontrolleras var 10 min för att övervaka djupet av anestesi. Kroppstemperaturen bibehålls med en värmedyna.
- Administrera förebyggande analgesi (subkutan injektion av buprenorfin ihållande frisättning [SR], 1,2 mg/kg).
- Administrera anestesi (intraperitoneal injektion av en blandning av 60 mg/kg ketamin och 0,25 mg/kg dexmedetomidin).
- Bekräfta korrekt nivå av anestesi var 10 min under hela experimentet genom att kontrollera om det inte finns några palpebral- och pedalnypareflexer.
- Säkra råtta i stereotaxic ram, applicera okulär smörjmedel på ögonen, och rengör rakad hårbotten med 10% povidone-jod.
- Exponera calvaria med enda midline hårbotten snitt och trubbigd dissekering av underliggande vävnad.
- Placera en 00-90 skruv i skallen för att fungera som marken för inspelningar.
- Med hjälp av en tandborr med en liten grad, gör en kraniotomy på önskad kortikal inspelningsplats.
- Säkra matriskontakten till en stereotaxic manipulator och placera enheten över kraniotomin. Sänk försiktigt tills hela matrisen är i kontakt med den exponerade cortex.
- Linda jordtråden runt skallskruven.
- Anslut inspelningssystemets huvudsteg till matrisen och börja spela in spontan aktivitet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Exempel mikro-ECoG data som registrerats på en MXene microelectrode array visas i figur 5. Efter applicering av elektrodarrayen på cortex, tydliga fysiologiska signaler var omedelbart uppenbara på inspelningen elektroder, med cirka 1 mV amplitud ECoG signaler som förekommer på alla MXene elektroder. Effektspektra av dessa signaler bekräftade förekomsten av två hjärnrytmer som vanligen observeras hos råttor under ketamin-dexmedetomidinanestesi: 1−2 Hz långsamma svängningar och γ svängningar vid 40−70 Hz. Dessutom observerades en signaturbredbandseffektdämpning under den långsamma svängningens "ned"-tillstånd och selektiv β-band (15−30 Hz) och γ-band (40−120 Hz) effektförstärkning under "upp" tillståndet för den långsamma svängningen. Resultaten kan variera beroende på de djurarter som används i studien, den riktade hjärnregionen, anestesitypen och förfluten tid sedan administreringav anestesi.
Bild 1: Schematisk föreställande MXene syntes förfarande. (A)Ti3AlC2 MAX läggs till en selektiv etsramslösning (HF, HCl och DI H2O), vilket resulterar i avlägsnande av aluminium (Al). (B)Efter tvättning av etslösning till neutralt pH med DI H2O erhålls flerskiktad Ti3C2. Multilayered Ti3C2 är intercalated med Li+ från en vattenlösning av litiumklorid (LiCl). (C)Efter tvättning av intercalation-reaktionen observeras sedimentsvullnad som representerar utbytet av Li+ med H2O. Agitation av det svullna sedimentet resulterar i exfolierad (eller delaminerad) enkel- till få lagerflingor av Ti3C2 MXene i H2O. Storleksval och separation av delaminerad Ti3C2 MXene från flerskiktade Ti3C2 och Ti3AlC2 MAX fas sker i detta skede. (D)Ti3C2 MXene bläck överförs via spruta till en Argon förseglade headspace injektionsflaska för långsiktig förvaring. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: Scheman för tillverkningsproceduren för MXene microelectrode arrayer. (A)Botten parylen-C lager deponeras på en ren Si wafer. (B)Ti/Au (10 nm/100 nm) ledande spår är mönstrade genom fotolitografi, e-balk nedfall och lyft-off. (C)Ett anti-självhäftande skikt av 1% rengöringslösning i DI H2O appliceras, följt av nedfall av ett offerparylen-C lager. (D)Det uppoffrande parylen-C-skiktet är mönstrat genom fotolitografi och O2 RIE etsning. (E)Ti3C2 MXene är spinnbelagd på wafer, följt av e-balk nedfall av 50 nm SiO2. (F)Det uppoffrande parylen-C-skiktet lyfts bort, rester av rengöringslösning sköljs av och rånet bakas torrt. (G)Top parylen-C lager deponeras. (H)Ett Al etch-maskeringsskikt är mönsterat genom fotolitografi, e-balkdeposition och lyft-off för att definiera VIAs och enhetskontur. (I)Parylene-C över elektrodkontakter och omgivande enheter etsas bort genom O2 RIE. (J)Al etch mask och SiO2 skyddsskikt över MXene etsas bort genom våta etsningsprocesser. (K)Färdig anordning lyfts bort rån. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 3: Fotografier och optiska mikroskopibilder av MXene microelectrode arrayer. (A)Fotografi av en 3 tums Si wafer innehåller 14 färdiga MXene microelectrode arrayer. Notera guldringen runt den yttre kanten av rånet, vilket är användbart för att utföra steg 2.7 effektivt. (B)Optisk mikroskopbild som visar uppskalning av en färdig enhet från wafer med en liten mängd DI H2O. (C) Optisk mikroskopbild som visar matrisen av MXene mikroelektroder. (D)Optisk mikroskopbild av en enskild MXene-elektrod. Skalstänger = 1 cm, 3 mm, 500 μm, 20 μm (från vänster till höger). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 4: Samspel smitta d.mxenmikroelektrodarrayen med adapterkortet. (A)PCB med dynor för lödning Omnetics och ZIF-kontakter. (B)PCB efter lödning av Omnetics- och ZIF-kontakter. (C)Tillsats av polyimidskikt till baksidan av Au-bindningskuddar av enheten, för att ge tillräcklig tjocklek för ZIF-kontakten. Två lager polyimid läggs till (överst) och trimmas sedan runt kanterna (nederst). (D)MXene microelectrode array införas i ZIF-kontakten med rätt justering. (E)Övre vy över MXene microelectrode array ansluten till adapterkort och redo för ett inspelningsexperiment. Skala barer = 2 mm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 5: Representativa neurala inspelningsresultat. (A) Illustration av placering av mikro-ECoG array på när yta av en sethetiserad råtta. (B)Segment av inspelad kortikal aktivitet som visas för 9 elektroder. Förmodade när "ner" tillstånd baserat på tråg av den långsamma svängning (1−2 Hz) indikeras av röda cirklar. (C)Effektspektraltäthet erformen för varje inspelningskanal. D) "Ned" statligt utlöst skalogram för representativ mikro-ECoG kanal. Observera bredbandseffektdämpning under "ned" tillstånd och selektiv β-band (15−30 Hz) och γ-band (40−120 Hz) effektförstärkning under "upp" tillstånd. Överlagrade svarta spår visar genomsnittlig långsam svängning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
MXene-syntesen och delaminationsförfarandet som beskrivs i detta protokoll (HF/HCl/LiCl) byggdes från den MILDa etsningsmetoden som använde ett LiF/HCl (in situ HF) etchant medium26. Den MILDa metoden gör det möjligt för stora Ti3C2-flingor (flera μm i lateral storlek) att spontant delaminated under tvätt när pH ~5−6 har uppnåtts. Jämfört med etsning med HF ensam, detta resulterar i material med högre kvalitet och förbättrade materialegenskaper, såsom elektronisk ledningsförmåga och kemisk stabilitet. HF/HCl/LiCl-metoden utnyttjar de milda syntesförbättringarna, samtidigt som varje steg (etsning, intercalation och delaminering) kan användas för mer användarkontroll.
Under steg 1.1 är förhållandet mellan råvaror (TiC, Al, Ti), temperatur, temperaturramphastighet och tid avgörande för att uppnå rätt MAX-fas. Sieving av MAX fasen före etsning kommer att säkerställa mer homogen etsning. Lägga till MAX-fasen i etchant media (steg 1.2) måste utföras långsamt för att förhindra överhettning och en allmän regel på 5 min per 1 g MAX föreslås. Om överhettning blir en utmaning, bör ett isbad användas under tillägg av Ti3AlC2 MAX fas. Vid tvättning av etsningsreaktionen på neutralt pH (steg 1.3) bör varje sur supernatant efter centrifugering vara transparent. Om supernatanten efter centrifugeringen är mörk eller utspädd grön, öka centrifugtiden och/eller hastigheten till sedimentmaterial. Eftersom tillsatsen av LiCl till H2O är exoterm, kommer viss uppvärmning att ske (steg 1.4). I detta förfarande är intercalationstiden (steg 1.4) 12 h, även om den kan ändras eller förkortas till så lite som 15 minuter. Kvaliteten på delamination (steg 1.5) är specifik för den mängd vatten som används under tvätt och graden av agitation. Supernatanterna som dekanteras under detta steg kan spädas ut i stället för genomskinliga. Om sedimentering av material blir en utmaning bör det användas en ökning av centrifughastigheten/rcfen. Det är viktigt att utföra separation och storlek val genom centrifugering (steg 1.5) för att undvika polydisperse prover. Underlåtenhet att utföra detta steg kommer att resultera i ett bläck som har både Ti3AlC2 MAX fas kontaminering och stora flerskiktade Ti3C2 partiklar. Under steg 1.6 är det viktigt att injektionsflaskans huvudutrymme minimeras.
Under tillverkningen av MXene microelectrode arrayer, det finns flera kritiska steg som är nödvändiga för att producera fungerande, högkvalitativa elektroder. Det är viktigt att utforma den första fotomasken så att det finns en metallring mönstrad runt den yttre kanten av wafer (steg 2.2) och den andra fotomasken så att det finns en motsvarande, något större diameter ring som kommer att etsas genom offerparylen-C (steg 2,4) lager för att hjälpa till att ta bort offerskiktet. Utan denna ring kan det vara svårt att etablera en kant för att börja skala upp offerparylen-C-lagret i steg 2.7. Under steg 2.3 är det viktigt att exponera wafer till O2 plasma för att den utspädda rengöringslösningen ska kunna blötas ordentligt och hålla sig till rånet. Underlåtenhet att utföra detta steg kommer att resultera i områden av wafer inte ackumulera ett anti-självhäftande lager, vilket gör avlägsnandet av offerparylen-C lager i steg 2,7 omöjligt. Under avlägsnandet av offerparylen-C-skiktet i steg 2.7 är det viktigt att vara noga med att undvika repor eller skada det nedre parylen-C-lagret, eftersom detta kan leda till bildandet av bubblor mellan bottenparylen-C och Si-wafer, och efterföljande delaminering. Om offerparylen-C-skiktet inte lättskalar kan en något mer koncentrerad rengöringslösning (4% i DI) användas i steg 2.3.1, eller O 2-plasmaexponeringen i steg 2.3.1 kan förlängas för att förbättra hydrofilicitet en underliggande parylen-C-skikt.
När tillverkningen är klar är det viktigt att MXene-enheten med kopplingskortet är klar på rätt sätt. Tillsatsen av två lager polyimidtejp i steg 3.2 är avgörande för att säkerställa korrekt tjocklek för införsel i ZIF-kontakten, men försiktighet bör iakttas för att undvika oavsiktlig vikning eller skrynkliga av den tunna parylen-C-enheten medan tejpen tillsätts, eftersom det inte är möjligt att ta bort tejpen utan att skada enheten. Därefter är korrekt justering av Au-bindningsdynorna på MXene-enheten med stift inuti ZIF-kontakten(figur 4D)nödvändig för att bilda en robust anslutning (steg 3.3). I detta skede är det bra att mäta mxenelektrodernas impedans impedans för felsökning. En 50 μm x 50 μm kvadrat MXene elektrod bör ha en impedans magnitud nära 50 kΩ med en frekvens av 1 kHz i 1x PBS, och en 25 μm diameter cirkulär MXene elektrod bör ha en impedans magnitud nära 200 kΩ under samma parametrar36. En impedans betydligt större än detta kan tyda på att elektroden inte är korrekt ansluten i ZIF-kontakten, eller att MXene elektroden inte exponeras, vilket kan hända om antingen den övre parylen-C lagret inte var helt etsade i steg 2.10 eller SiO2 skyddsskiktet inte var helt etsade i steg 2.11.
En begränsning av denna metod är variation i MXene filmtjocklek som ibland observeras efter spinngjutning MXene på wafer. Denna variation kan bli mer uttalad om elektroder skalas upp till större områden. Denna begränsning kan lätt övervinnas genom att använda spray-beläggning istället för spin-beläggning för att tillämpa MXene på wafer, vilket representerar en annan enkel, billig lösning bearbetningsmetod som MXene, och detta protokoll, är kompatibla39.
Protokollet som beskrivs här presenterar spännande nya möjligheter inom neurovetenskap och inom det större området bioelektronik. Även om det länge har funnits intresse för att utnyttja kolbaserade nanomaterial för neurala mikroelektroder, införlivandet av Ti3C2 MXene i sådana elektroder har gjort betydligt enklare och mer hög genomströmning tillverkning än vad som har varit möjligt med andra kolbaserade nanomaterial. Dessutom ger de enastående egenskaperna hos Ti3C2 MXene elektroderna med anmärkningsvärt låg impedans för sin storlek, vilket förbättrar känsligheten och signalkvaliteten. En växande mängd litteratur beskriver också ett antal metoder för mikromönster MXene, som kan anpassas för tillverkning MXene mikroelektroder i framtiden, inklusive mikrokontakt utskrift40,bläckstråleskrivare utskrift41,42,och automatiserad skalpell gravyr43. Det finns stor potential att utvidga detta protokoll till att tillverka Ti3C2 MXene elektroder av godtycklig storlek och geometri för en rad biosensing applikationer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes av National Institutes of Health (bidrag nr. R21-NS106434), Citizens United for Research in Epilepsy Taking Flight Award, Mirowski Family Foundation och Neil och Barbara Smit (F.V.); National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (bevilja nr. DGE-1845298 till N.D. och B.M.); Arméns forskningskontor (samarbetsavtal nummer W911NF-18-2-0026 till K.M.); och av den amerikanska armén via Surface Science Initiative Program vid Edgewood Chemical Biological Center (PE 0601102A Project VR9 till Y.G. och K.M.). Detta arbete utfördes delvis vid Singh Center for Nanotechnology, som stöds 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).
