Summary
Vi beskriver her en metode til fremstilling Ti3C2 MXene mikroelektrode arrays og udnytte dem til in vivo neuraloptagelse.
Abstract
Implantable mikroelektrode teknologier har været meget udbredt til at belyse neurale dynamik på mikroskala for at få en dybere forståelse af neurale fundament af hjernesygdom og skade. Da elektroder er miniaturiseret til omfanget af de enkelte celler, en tilsvarende stigning i grænsefladen impedans begrænser kvaliteten af registrerede signaler. Derudover er konventionelle elektrodematerialer stive, hvilket resulterer i et betydeligt mekanisk misforhold mellem elektroden og det omgivende hjernevæv, hvilket fremkalder en inflammatorisk reaktion, der i sidste ende fører til en forringelse af enhedens ydeevne. For at løse disse udfordringer har vi udviklet en proces til fremstilling af fleksible mikroelektroder baseret på Ti3C2 MXene, et nyligt opdaget nanomateriale, der besidder bemærkelsesværdigt høj volumetrisk kapacitans, elektrisk ledningsevne, overfladefunktionalitet og processabilitet i vandige dispersioner. Fleksible arrays af Ti3C2 MXene mikroelektroder har bemærkelsesværdigt lav impedans på grund af den høje ledningsevne og høje specifikke overfladeareal af Ti3C2 MXene film, og de har vist sig at være udsøgt følsomme til optagelse neuronal aktivitet. I denne protokol beskriver vi en ny metode til mikromønstret Ti3C2 MXene i mikroelektrodearrays på fleksible polymere substrater og skitserer deres anvendelse til in vivo mikroelektrocorticography optagelse. Denne metode kan nemt udvides til at skabe MXene elektrode arrays af vilkårlig størrelse eller geometri til en række andre anvendelser i bioelektronik, og det kan også tilpasses til brug med andre ledende blæk foruden Ti3C2 MXene. Denne protokol muliggør enkel og skalerbar fremstilling af mikroelektroder fra løsningsbaserede ledende trykfarver og gør det specifikt muligt at udnytte de unikke egenskaber ved hydrofile Ti3C2 MXene at overvinde mange af de barrierer, der længe har hindret den udbredte vedtagelse af kulstofbaserede nanomaterialer til neurale mikroelektroder med høj nøjagtighed.
Introduction
Forståelse af de grundlæggende mekanismer, der ligger til grund for neurale kredsløb, og hvordan deres dynamik ændres i sygdom eller skade, er et kritisk mål for at udvikle effektive terapeutiske for en bred vifte af neurologiske og neuromuskulære lidelser. Mikroelektrode teknologier har været meget udbredt til at belyse neurale dynamik på fine rumlige og tidsmæssige skalaer. Det har imidlertid vist sig at være særligt udfordrende at få stabile optagelser med højt signal-støj-forhold (SNR) fra mikroskalaelektroder. Da elektrodernes dimensioner reduceres til at nærme sig cellulære skala, forringer en tilsvarende stigning i elektrodeimpedandanssignalkvaliteten1. Derudover har talrige undersøgelser vist, at stive elektroder bestående af konventionelle silicium og metal elektroniske materialer producere betydelige skader og betændelse i neurale væv, som begrænser deres nytte for langsigtet optagelse2,3,4,5. I betragtning af disse kendsgerninger har der været betydelig interesse i at udvikle mikroelektroder med nye materialer, som kan reducere elektrodevævsgrænsefladens impedans og kan indarbejdes i bløde og fleksible formfaktorer.
En almindeligt anvendt metode til at reducere elektrode-væv interface impedans er at øge det område, hvor ioniske arter i den ekstracellulære væske kan interagere med elektroden, eller "effektivt overfladeareal" af elektroden. Dette kan opnås vednanomønstre6 , overfladeskrubning7eller galvanisering med porøse tilsætningsstoffer8,9. Nanomaterialer har fået betydelig opmærksomhed på dette område, fordi de tilbyder iboende høje specifikke overfladearealer og unikke kombinationer af gunstige elektriske og mekaniske egenskaber10. For eksempel har kulstof nanorør blevet brugt som en belægning til at reducere elektrode impedans11,12,13, grafenoxid er blevet behandlet til bløde, fleksible fritstående sonde elektroder14, og laser-pyrolyseret porøs grafen er blevet udnyttet til fleksible, lav-impedans mikro-elektrocorticografi (mikro-ECoG) elektroder15. På trods af deres løfte, en mangel på skalerbare samling metoder har begrænset den udbredte vedtagelse af nanomaterialer til neurale interfacing elektroder. Kulstofbaserede nanomaterialer er typisk hydrofobiske og kræver således anvendelse af overfladeaktive stoffer16, supersyrer17eller overfladefunktionisering18 til at danne vandige dispersioner til opløsningsforarbejdningsmetoder, mens alternative metoder til fremstilling, såsom kemisk dampaflejring (CVD), typisk kræver høje temperaturer, som er uforenelige med mange polymere substrater19,20,21 ,22.
For nylig, en klasse af to-dimensionelle (2D) nanomaterialer, kendt som MXenes, er blevet beskrevet, som tilbyder en ekstraordinær kombination af høj ledningsevne, fleksibilitet, volumetrisk kapacitans, og iboende hydrofilicity, hvilket gør dem til en lovende klasse af nanomaterialer til neurale interfacing elektroder23. MXenes er en familie af 2D overgang metal carbidider og nitrides, som er mest almindeligt produceret ved selektivt ætsning A-elementet fra lagdelte prækursorer. Disse er typisk MAX faser med den generelle formel Mn +1AXn, hvor M er en tidlig overgang metal, A er en gruppe 12−16 element i det periodiske system, X er kulstof og / eller kvælstof, og n = 1, 2 eller 324. Todimensionale MXene flager har overflade-afslutning funktionelle grupper, der kan omfatte hydroxyl (−OH), ilt (−O) eller fluor (-F). Disse funktionelle grupper gør MXenes i sagens natur hydrofile og muliggøre fleksibel overflade modifikation eller funktionalisering. Af den store klasse af MXenes, Ti3C2 har været den mest omfattende undersøgt og karakteriseret25,26,27. Ti3C2 viser bemærkelsesværdigt højere volumetrisk kapacitans (1.500 F/cm3)28 end aktiveret grafen (~ 60−100 F/cm3)29, carbide-afledte kulstof (180 F/cm3)30, og grafen gel film (~ 260 F/cm3)31. Desuden viser Ti3C2 ekstremt høj elektronisk ledningsevne (~10.000 S/cm)32, og dens biokompatibilitet er blevet påvist i flere undersøgelser33,34,35,36. Den høje volumetriske kapacitans af Ti3C2 film er fordelagtigt for biologiske sensing og stimulation applikationer, fordi elektroder, der udviser kapacittær afgift overførsel kan undgå potentielt skadelige hydrolyse reaktioner.
Vores gruppe har for nylig vist fleksible, tyndfilm Ti3C2 mikroelektrode arrays, tilberedt ved hjælp af opløsningsbehandlingsmetoder, som er i stand til at registrere både mikro-elektrocorticography (mikro-ECoG) og intrakortikale neuronal spiking aktivitet in vivo med høj SNR36. Disse MXene elektroder viste signifikant reduceret impedans i forhold til størrelsesmatchede guld (Au) elektroder, som kan tilskrives den høje ledningsevne af MXene og det høje overfladeareal af elektroderne. I denne protokol beskriver vi de vigtigste trin til fremstilling af planar mikroelektrode arrays af Ti3C2 MXene på fleksible parylen-C substrater og udnytte dem in vivo til intraoperativ mikro-ECoG optagelse. Denne metode udnytter mXenes hydrofile karakter, hvilket gør det muligt at anvende opløsningsbehandlingsmetoder, der er enkle og skalerbare, uden at det kræver brug af overfladeaktive stoffer eller supersyrer for at opnå stabile vandige suspensioner. Denne nem procesbarhed kan muliggøre omkostningseffektiv produktion af MXene biosensorer i industriel skala, hvilket har været en væsentlig begrænsning for den udbredte anvendelse af udstyr baseret på andre kulstofnanomaterialer. Den vigtigste innovation inden for elektrodefabrikationen ligger i brugen af et offerpolymert lag til mikromønster af MXene efter spin-coating, en metode tilpasset fra litteratur om opløsningsforarbejdet poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly (styrne sulfonat) (PEDOT:PSS) mikroelektroder37, men som ikke tidligere var blevet beskrevet for mønstering MXene. De ekstraordinære elektriske egenskaber af Ti3C2,kombineret med dens processability og 2D morfologi gør det til et meget lovende materiale til neurale grænseflader. Ti3C2 tilbyder især en vej til at overvinde den grundlæggende afvejning mellem elektrodegeometrisk område og elektrokemisk grænsefladeimpedans, en primær begrænsende faktor for mikroskalaelektrodeydelse. Derudover kan den fabrikationsprocedure, der er beskrevet i denne protokol, tilpasses til at producere MXene elektrodearrays af forskellig størrelse og geometri til forskellige optagelsesparadigmer og kan også nemt tilpasses til at inkorporere andre ledende trykfarver udover MXene.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle in vivo procedurer i overensstemmelse med National Institutes of Health (NIH) Guide for pleje og brug af laboratoriedyr og blev godkendt af Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) fra University of Pennsylvania.
1. Syntese af Ti3C2 MXene
BEMÆRK: De reaktionsprocedurer, der er beskrevet i dette afsnit, er beregnet til brug i en kemisk røghætte. Vasktrin, der indgår i denne procedure, er beregnet til at blive anvendt med afbalancerede centrifugerør. Alt produceret affald betragtes som farligt affald og bør kasseres på passende vis efter universitetets retningslinjer.
FORSIGTIG: Flussyre (HF) er en ekstremt farlig, meget ætsende syre. Se materialesikkerhedsdatabladene (MSDS) for de kemikalier, der anvendes til at syntetisere MXenes før brug og gennemføre og følge passende sikkerhedsforanstaltninger. Passende personlige værnemidler (PPE) til håndtering af HF omfatter en laboratoriekittel, syrebestandigt forklæde, tætpåede sko, lange bukser, beskyttelsesbriller, fuld ansigtsskærm, nitrilhandsker og HF-resistente handsker lavet af butylgummi eller neoprengummi.
- MAX fase syntese
- Syntetisere Ti3AlC2 ved ball fræsning TiC (2 μm), Ti (44 μm) og Al (44 μm) pulvere ved et molæreforhold (TiC:Ti:Al) på 2:1:1 for 18 timer ved hjælp af zirkoniakugler. Pulverene anbringes i en aluminiumoxiddig, opvarmes til 1.380 °C (5 °C varmehastighed) og hold i 2 timer under argon. Når pulverene er afkølet, fræser MAX-blokken og sigtegennem en 200 mesh sigte (<74 μm partikelstørrelse).
BEMÆRK: Den Ti3AlC2 MAX fase prækursor, der anvendes til at syntetisere MXenes har vist sig at have direkte konsekvenser for de resulterende Ti3C2 MXene egenskaber38. Ti3C2 bruges til at fremstille neurale elektroder blev selektivt ætset fra MAX forberedt efter en tidligere procedure26.
- Syntetisere Ti3AlC2 ved ball fræsning TiC (2 μm), Ti (44 μm) og Al (44 μm) pulvere ved et molæreforhold (TiC:Ti:Al) på 2:1:1 for 18 timer ved hjælp af zirkoniakugler. Pulverene anbringes i en aluminiumoxiddig, opvarmes til 1.380 °C (5 °C varmehastighed) og hold i 2 timer under argon. Når pulverene er afkølet, fræser MAX-blokken og sigtegennem en 200 mesh sigte (<74 μm partikelstørrelse).
- Ætsning: Fjernelse af Al-laget i Ti3AlC2 i en sur ætseopløsning (figur 1A)
- Den selektive ætsningsopløsning fremstilles i en 125 ml plastbeholder ved først at tilsætte 12 ml deioniseret vand (DI H2O) efterfulgt af tilsætning af 24 ml saltsyre (HCl). Iført alle relevante HF ætsning PPE, tilsæt 4 ml HF til ætse beholderen. Udfør selektiv ætsning ved langsomt at tilsætte 2 g Ti3AlC2 MAX fase til reaktionsbeholderen og omrøring med en Teflon magnetisk bar i 24 timer ved 35 °C ved 400 omdr./min.
- Vask: At bringe materialet til neutral pH.
- Fyld to 175 ml centrifugerør med 100 ml DI H2O. Opdel ætsningsreaktionsblandingen i 175 ml centrifugerør, og materialet vaskes ved gentagen centrifugering ved 3.500 omdr./min. i 5 min. Dekanter det sure supernatant i en plastfarlig affaldsbeholder. Gentag indtil pH når 6.
- Intercalation: Indsættelse af molekyler mellem multilag MXene partikel til at vågne out-of-plane interaktioner(Figur 1B)
- Tilsæt 2 g lithiumchlorid (LiCl) til 100 ml DI H2O og rør ved 200 omdr./min. indtil den er opløst. 100 ml LiCl/H2O blandes med Ti3C2/Ti3AlC2 sedimentet, og reaktionen omrøres i 12 timer ved 25 °C.
- Delamination: Eksfoliering fra bulk flerlagspartikel til enkelt- til par lag Ti3C2 MXene (figur 1C)
- Intercalation reaktion i 175 ml centrifuge rør ved centrifugering ved 2.550 x g i 5 min. Decant den klare supernatant. Gentag indtil der findes en mørk supernatant.
- Fortsæt med at centrifugere i 1 time ved 2.550 x g. Dekanter den fortyndede grønne supernatant.
- Re-dispergere det hævede sediment med 150 ml DI H2O. Overfør supernatant til 50 ml centrifugerør og centrifuger ved 2.550 x g i 10 minutter for at adskille resterende MAX (sediment) fra MXene (supernatant).
BEMÆRK: Re-dispersion af sedimentet vil blive vanskeligt og vil kræve agitation eller manuel rystelser. - Saml supernatant som Ti3C2 MXene. Udfør yderligere størrelsesvalg og optimering af opløsningen for at isolere enkelt- til parlagsflager ved at samle supernatantet efter et centrifugationstrin ved 2.550 x g i 1 time.
- Løsningsopbevaring: Emballering af MXene-blækket til langtidsopbevaring (figur 1D)
- Argon boble løsningerne i 30 min før emballage i en Argon forseglet headspace hætteglas (overførsel via en sprøjte). Opbevares opløsninger ved høje koncentrationer (>5 mg/ml), væk fra sollys og ved lave temperaturer (≤5 °C) for at sikre lang levetid.
2. Fabrikation af Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays
BEMÆRK: Den procedure, der er beskrevet i dette afsnit er beregnet til brug inde i en standard universitet ren rum facilitet, såsom Singh Center for Nanotechnology ved University of Pennsylvania. Denne facilitet, samt lignende faciliteter, er tilgængelige for eksterne brugere som en del af det nationale nanoteknologi infrastrukturnetværk (NNIN) støttet af National Science Foundation (NSF). I disse faciliteter, mange af de værktøjer, udstyr og materialer, der er beskrevet i dette afsnit er forsynet sammen med adgang til det rene rum facilitet og ville ikke kræve separat køb.
FORSIGTIG: Mange af de kemikalier, der anvendes til fremstilling af MXene elektroder er farlige, herunder fotoresister, RD6 udvikler, remover PG, aluminium ætsning løsning, og buffered oxid etchant. Kontakt MSDS for disse kemikalier før brug og gennemføre og følg passende sikkerhedsforanstaltninger til enhver tid. Alle kemikalier skal håndteres i en røghætte.
- Et 4 μm tykt bundlag af parylen-C på en ren Si wafer (se figur 2A).
- Brug den første fotomaske (maske-1) til at definere enhedernes metalsammenkoblinger samt en metalring rundt om waferens kant til at hjælpe i senere lift-off trin(figur 2B).
- Spin coat NR71-3000p på wafer en 3.000 rpm i 40 s. Blød bage wafer på en varm plade i 14,5 min ved 95 °C.
- Læg waferen og masken-1 i en maske aligner. Placer waferen, så ringen på fotomasken overlapper med alle waferens kanter.
- Eksponeres med i-line (365 nm bølgelængde) med en dosis på 90 mJ/cm2. Hård bages waferen på en varmeplade i 1 min ved 115 °C.
- Fordyb waferen i RD6-udvikleren i 2 min. og ophidser løbende løsningen. Skyl grundigt med DI H2O og flæs tørt med en N2 pistol.
- Brug en elektronstrålefordamper til at deponere 10 nm Ti, efterfulgt af 100 nm Au på waferen.
BEMÆRK: Typiske depositionsparametre er et basistryk på 5 x 10-7 Torr og en hastighed på 2 Å/s. - Nedsænk waferen i remover PG i ~ 10 min, indtil fotomodstanden er opløst, og det overskydende metal er helt løftet ud, så Ti / Au kun i de ønskede sammenkoble spor og ringen omkring kanten af wafer. Når lift-off vises komplet, sonikere i 30 s at fjerne eventuelle resterende spor af uønsket metal. Skyl wafer først i ren remover PG løsning, derefter grundigt skylles i DI H2O og tør wafer med en N2 pistol.
- Deponering offerparylen-C lag(figur 2C).
- Udsæt waferen på O2 plasma i 30 s for at gengive det underliggende parylen-C lag hydrofile. Spin coat 2% rengøringsopløsning (f.eks. Micro-90) i DI H2O på waferen ved 1.000 omdrejninger i 30 s. Lad waferen lufttørre i mindst 5 min.
BEMÆRK: Den fortyndede sæbeopløsning fungerer som et antiklæbemiddel, der gør det muligt at skrælle det offerparylene-C-lag op senere i processen. - 3 μm parylen-C på waferen.
- Udsæt waferen på O2 plasma i 30 s for at gengive det underliggende parylen-C lag hydrofile. Spin coat 2% rengøringsopløsning (f.eks. Micro-90) i DI H2O på waferen ved 1.000 omdrejninger i 30 s. Lad waferen lufttørre i mindst 5 min.
- Brug den anden fotomaske (maske-2) til at definere MXene-mønstrene og en ring rundt om waferens kant (Figur 2D).
- Gentag trin 2.2.1−2.2.4, denne gang ved hjælp af maske-2, og justeringsmærkerne justeres omhyggeligt mellem waferen og fotomasken før eksponering.
- Brug O2 plasma reaktiv ionætsning (RIE) til at ætse gennem offerparylen-C lag i de områder, der ikke er omfattet af fotoresist at definere MXene elektroder og spor, som delvis bør overlappe med Ti / Au sammenkoblinger, samt ringen omkring kanterne af wafer. Bekræft fuldstændig rasning af det offerparylen-C lag ved hjælp af et profilometer til at måle profilen mellem de eksponerede Ti / Au sammenkoblinger og den nederste parylen-C lag.
BEMÆRK: Når ætsningen er færdig, vil profilen på tværs af den eksponerede metaloverflade være glat, mens det nederste parylen-C lag vil være ru og delvist ætset. Dette etch trin bør udfyldes i en planar etch RIE system, ikke en tønde asher, og etch gange og parametre vil være meget afhængige af RIE-systemet.
- Spin-coat MXene opløsningen på wafer(figur 2E).
- Pipette MXene opløsning på hver af de ønskede MXene mønstre, derefter spin wafer på 1.000 rpm i 40 s. Tør wafer på en 120 °C varmeplade i 10 min for at fjerne eventuelle resterende vand fra MXene filmen.
- Brug en elektronstrålefordamper til at deponere 50 nm SiO2 på waferen, til at fungere som et beskyttende lag over MXene mønstre for efterfølgende behandlingstrin.
BEMÆRK: Typiske depositionsparametre er et basistryk på 5 x 10-7 Torr og en hastighed på 2 Å/s. - Fjern offerparylen-C laget for at mønstre MXene- og SiO 2-lagene (Figur 2F).
- Påfør en lille dråbe DI H2O på kanten af waferog bruge pincet til at skrælle op offerparylen-C lag, begyndende hvor dens kanter er defineret i ringen omkring ydersiden af wafer.
BEMÆRK: Vandet vil kombinere med sæberester under offerparylene-C lagfor at muliggøre denne lift-off. - Skyl waferen grundigt i DI H2O for at fjerne eventuelle resterende rester af rengøringsopløsning. Tør waferen med en N 2-pistol, og anbring derefter på en 120 °C-kogeplade i 1 time for at fjerne eventuelt resterende vand fra de mønstrede MXene-film.
- Påfør en lille dråbe DI H2O på kanten af waferog bruge pincet til at skrælle op offerparylen-C lag, begyndende hvor dens kanter er defineret i ringen omkring ydersiden af wafer.
- Det 4 μm tykke øverste lag parylen-C deponeres (figur 2G).
- Brug den tredje fotomaske (maske-3) til at definere enhedens kontur og åbninger over elektroder og Au bonding pads (VIAs) (Figur 2H).
- Gentag trin 2.2.1−2.2.4, denne gang ved hjælp af maske-3 og justere justeringsmærkerne mellem waferen og fotomasken før eksponering.
- Brug en elektronstrålefordamper til at deponere 100 nm Al på waferen.
BEMÆRK: Typiske depositionsparametre er et basistryk på 5 x 10-7 Torr og en hastighed på 2 Å/s. - Nedsænk waferen i remover PG i ~ 10 min, indtil metallet er helt løftet ud, forlader Al dækker enhederne med åbninger til elektroder og limning puder. Når lift-off er færdig, sonikere i 30 s at fjerne eventuelle resterende spor af uønsket metal. Skyl wafer først i ren remover PG løsning, derefter grundigt skylles i DI H2O og tør wafer med en N2 pistol.
- Æts er parylen-C til mønster enheden skitse og åbninger over elektroder og Au limning puder (VIAs)(Figur 2I). Brug O2 plasma RIE til at ætse gennem parylen-C lag omkring enhederne, og gennem den øverste parylen-C lag, der dækker både MXene elektrode kontakter og Au limning puder.
BEMÆRK: Ætsningen er færdig, når der ikke er rester af parylen-C på waferen mellem enhederne. SiO 2-laget, der dækker MXene, vil fungere som et etch-stop lag, hvilket forhindrer O2 plasma i ætsning i eller beskadige MXene elektrode kontakter. - Etch Al lag, der dækker de enheder, der anvender en våd kemisk etch i Al etchant type A ved 50 °C enten i 10 min, eller i 1 min fortid, når alle visuelle spor af Al er forsvundet, alt efter hvad der kommer først. Etch SiO2 dækker MXene elektroder ved hjælp af en våd kemisk etch i 6:1 buffered oxid etchant (BOE) for 30 s(Figur 2J).
BEMÆRK: MXene mikroelektrodearrays er nu færdige. - Slip enhederne fra Si substrat wafer ved at placere en lille dråbe DI H2O på kanten af en enhed, og forsigtigt afskalning af enheden som vand er ond under det ved kapillær handling(figur 2K og figur 3).
3. Adapter Konstruktion og interfacing
BEMÆRK: På dette tidspunkt skal de tynde film mikroelektrode arrays være i kontakt med en adapter til at oprette forbindelse til elektrofysiologi optagelse system. 128ch stimulation/optagelsesregulator med RHS2000 16-ch stim/record headstage (Tabel over materialer),der anvendes i denne protokol, kræver input via et stik, der er kompatibelt med 18-benet stik A79039-001. Dette afsnit bruger et printkort (PCB, figur 4A) med et nul-indsættelseskraft (ZIF) stik til sammensætning med Au bonding puder på mikroelektrode array og stikket A79040-001 til sammenføring med hoved-fase af optagesystemet. Afhængigt af dataanskaffelsessystemet kan forskellige stik bruges på PCB for at muliggøre sammenspring med elektrofysiologihovedscenen.
- Lodde Omnetics og ZIF stik til PCB ved at anvende en tynd film af loddepasta til hver af kontakt puder på PCB, placere dele på deres relevante steder, og opvarmning på en varmeplade, indtil lodde flyder til form forbindelser(Figur 4B).
BEMÆRK: Omløblodning kan gøres meget let på en varmeplade eller i en brødrister ovn og kræver ikke brug af en dyr omløb ovn. - Påfør to lag polyimidtape(Materialetabel)på bagsiden af Au bonding pad-området i MXene mikroelektrodearrayet til at give enheden tilstrækkelig tykkelse til at blive sikret i ZIF-stikket. Når tapen er påsat, skal du trimme overskydende ud over kanterne af parylen-C-anordningen ved hjælp af et barberblad eller en præcisionsaks (figur 4C).
- Enten under en inspektion sanvendelsesområde eller ved hjælp af forstørrelsesglas, justere MXene mikroelektrode array i ZIF stik, således at Au limning puder justere med stifterne inde i ZIF-stikket, derefter lukke ZIF at danne en sikker forbindelse(Figur 4D,E).
BEMÆRK: Det ZIF-stik, der bruges her, er et 18-kanals stik, mens den enhed, der bruges her, har 16 kanaler. De ekstra ukontaktbare kanaler kan nemt identificeres som et åbent kredsløb ved hjælp af impedanstest under optagelsessessioner. - Test mxenelektrodernes elektrokemiske impedans ved hjælp af en potentiostat for at sikre vellykket fabrikation og tilslutning til PCB-adapteren.
BEMÆRK: Rimelige impedansværdier er angivet i diskussionsafsnittet for at hjælpe med fejlfinding.
4. Akut implantation og neuraloptagelse
BEMÆRK: Operationer på voksne mandlige Sprague Dawley rotter udføres ved hjælp af sterile instrumenter og med aseptisk teknik. Respiratorisk hastighed, palpebraal refleks, og pedal knivspids refleks kontrolleres hver 10 min at overvåge dybden af anæstesi. Kropstemperaturen opretholdes med en varmepude.
- Administrere forebyggende analgesi (subkutan injektion af buprenorphin vedvarende frigivelse [SR], 1,2 mg/kg).
- Administrere anæstesi (intraperitoneal injektion af en blanding af 60 mg/kg ketamin og 0,25 mg/kg dexmedetomidin).
- Bekræft korrekt niveau af anæstesi hver 10 min i hele eksperimentet ved at kontrollere for fravær af palpebraal og pedal knivspids reflekser.
- Sikker rotte i stereotaxic ramme, anvende okulær smøremiddel til øjnene, og ren barberet hovedbund med 10% povidone-jod.
- Eksponere calvaria med enkelt midterskaling skrinog stump dissektion af underliggende væv.
- Placer en 00-90 skrue i kraniet til at tjene som jorden for optagelser.
- Brug en dental boremaskine med en lille grat, lave en kraniotomi på det ønskede kortikale optagelse site.
- Fastgør arraystikket til en stereoskattemanipulator, og placer enheden over kraniotomien. Forsigtigt lavere, indtil hele array er i kontakt med den eksponerede cortex.
- Pak jordledningen rundt om kranieskruen.
- Tilslut optagesystemets hovedtrin til arrayet, og begynd at optage spontan aktivitet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Prøvemikro-ECoG-data, der er registreret på et MXene mikroelektrodearray , vises i figur 5. Efter anvendelse af elektrodearrayet på cortex, klare fysiologiske signaler blev straks synlige på optagelsen elektroder, med ca 1 mV amplitude ECoG signaler vises på alle MXene elektroder. Effektspektre af disse signaler bekræftede tilstedeværelsen af to hjernerytmer, der almindeligvis blev observeret hos rotter under ketamin-dexmedetomidinanæstesi: 1−2 Hz langsomme svingninger og γ-svingninger ved 40−70 Hz. Derudover blev der observeret en signatur bredbåndseffektdæmpning under "ned"-tilstanden af den langsomme svingning, og selektivβ-bånd (15−30 Hz) og γ-band (40−120 Hz) strømforstærkning under "op"-tilstand af den langsomme svingning. Resultaterne kan variere afhængigt af de dyrearter, der anvendes i undersøgelsen, den målrettede hjerneregion, anæstesitypen og den forløbne tid siden indgivelsen af anæstesi.
Figur 1: Skema, der forestiller MXene syntese. (A) Ti3AlC2 MAX tilsættes til en selektiv etchant opløsning (HF, HCl, og DI H2O), hvilket resulterer i fjernelse af aluminium (Al). B) Efter vask af ætsningsopløsningen til neutral pH ved hjælp af DI H2O opnås flerlagede Ti3C2. Flerlaget Ti3C2 er intercalated med Li+ fra en vandig opløsning af lithiumchlorid (LiCl). C) Efter vask af intercalationsreaktionen sediment hævelse er observeret repræsenterer udveksling af Li+ med H2O. Agitation af den hævede sediment resulterer i eksfolieret (eller delaminated) enkelt-til-få-lags flager af Ti3C2 MXene i H2O. Størrelse udvælgelse og adskillelse af delaminated Ti3C2 MXene fra flerlagede Ti3C2 og Ti3AlC2 MAX faser forekomme på dette stadium. (D) Ti3C2 MXene blæk overføres via sprøjte til en Argon forseglet headspace hætteglas til langtidsopbevaring. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Skemaer af fabrikationsproceduren for MXene mikroelektrodearrays. (A) Bund parylen-C lag er deponeret på en ren Si wafer. B) Ti/Au (10 nm/100 nm) ledende spor er mønstret gennem fotolitografi, e-beam deposition og lift-off. C) Der påføres et antiklæbende lag på 1 % rengøringsopløsning i DI H2O efterfulgt af aflejring af et offerparylen-C-lag. (D) Offerparylen-C lagerer gennem fotolitografi og O2 RIE ætsning. E) Ti3C2 MXene er spinbelagt på waferen efterfulgt af e-beam-aflejring på 50 nm SiO2. (F) Det offerparylene-C-lag løftes af, rester af rengøringsopløsning skylles af, og waferen bages tørt. (G) Top parylen-C lag er deponeret. (H) Et Al etch maskelag er mønstret gennem fotolitografi, e-beam deposition og lift-off for at definere VIA'er og indretningskontur. (I) Parylene-C over elektrode kontakter og omgivende enheder er ætset væk gennem O2 RIE. (J) Al etch maske og SiO2 beskyttende lag over MXene er ætset væk gennem våde ætse processer. (K) Færdig enhed løftes af wafer. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Fotografier og optiske mikroskopibilleder af MXene mikroelektrodearrays. (A) Fotografi af en 3 tommer Si wafer indeholdende 14 afsluttet MXene mikroelektrode arrays. Bemærk guldringen omkring waferens yderkant, hvilket er nyttigt til at udføre trin 2.7 effektivt. (B) Optisk mikroskopbillede, der viser afskalningen af en færdig anordning fra waferen ved hjælp af en lille mængde DI H2O. (C) Optisk mikroskopbillede, der viser viften af MXene-mikroelektroder. (D) Optisk mikroskop billede af en individuel MXene elektrode. Skalastænger = 1 cm, 3 mm, 500 μm, 20 μm (fra venstre mod højre). Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4: Interfacing mXene mikroelektrode array med adapterbord. (A) PCB med puder til lodning Omnetics og ZIF stik. B) PCB efter lodning af Omnetics og ZIF-stik. (C) Tilsætning af polyimidlag på bagsiden af Au bonding puder af enheden, for at give tilstrækkelig tykkelse til ZIF-stikket. To lag polyimid tilføjes (øverst) og derefter trimmes rundt om kanterne (nederst). (D) MXene mikroelektrode array indsat i ZIF-stikket med korrekt justering. (E) Topvisning af MXene mikroelektrode array tilsluttet adapter bord og klar til en optagelse eksperiment. Skalastænger = 2 mm. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: Repræsentative neurale optagelseresultater. (A) Illustration af placering af mikro-ECoG array på kortikal overflade af en bestøvet rotte. (B) Segment af registreret kortikal aktivitet vist for 9 elektroder. Formodede kortikale "ned" tilstande baseret på lavpunktet af den langsomme svingning (1−2 Hz) er angivet med røde cirkler. C) Effektspektrale tætheder for hver optagekanal. (D) "Down" statsudløst skalogram til repræsentativ mikro-ECoG kanal. Bemærk, at bredbåndsstrømsdæmpning under "down"-tilstand og selektiv β-bånd (15−30 Hz) og γ-band (40−120 Hz) forstærker strøm under "op"-tilstand. Overlejret sort spor viser gennemsnitlige langsomme svingninger. Klik her for at se en større version af denne figur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
MXene syntese og delamination procedure, der er beskrevet i denne protokol (HF / HCl / LiCl) blev bygget ud fra MILD ætsning tilgang, som anvendte en LiF / HCl (in situ HF) etchant medium26. MILD-metoden gør det muligt spontant at delaminere store Ti3C2 flager (flere μm i sidestørrelse) under vask, når pH ~5−6 er opnået. Sammenlignet med ætsning med HF alene, resulterer dette i materiale med højere kvalitet og forbedrede materialeegenskaber, såsom elektronisk ledningsevne og kemisk stabilitet. HF/HCl/LiCl-metoden udnytter mildsynteseforbedringerne, samtidig med at hvert trin (ætsning, intercalation og delamination) der giver mulighed for mere brugerkontrol.
I trin 1.1 er forholdet mellem råmaterialer (TiC, Al, Ti), temperatur, temperaturrampehastighed og tid afgørende for at opnå den korrekte MAX-fase. Sigtning af MAX-fasen før ætsning vil sikre mere homogen ætsning. Tilføjelse af MAX fase til etchant medierne (trin 1.2) skal udføres langsomt for at forhindre overophedning og en generel regel på 5 min pr 1 g MAX foreslås. Hvis overophedning bliver en udfordring, bør der anvendes et isbad under tilsætning af Ti3AlC2 MAX-fasen. Ved vask af ætsningsreaktionen på neutral pH (trin 1.3) skal hvert surt supernatant efter centrifugering være gennemsigtigt. Hvis supernatanten efter centrifugering er mørk eller fortyndet grøn, øges centrifugetiden og/eller hastigheden til sedimentmateriale. Da tilsætningen af LiCl til H2O er eksoterm, vil der forekomme opvarmning (trin 1.4). I denne procedure er intercalationstiden (trin 1.4) 12 timer, selv om den kan ændres eller forkortes til så lidt som 15 minutter. Kvaliteten af deaminering (trin 1.5) er specifik for den mængde vand, der anvendes under vask, og graden af agitation. De supernatanter, der dekanteres under dette trin, kan fortyndes i stedet for gennemsigtige. Hvis sedimentering af materiale bliver en udfordring, bør centrifugehastigheden/rcf anvendes. Det er afgørende at udføre adskillelse og størrelse udvælgelse ved centrifugering (trin 1,5) for at undgå polydisperse prøver. Hvis dette trin ikke udføres, resulterer der i et blæk, der både har Ti3AlC2 MAX faseforurening og store Ti3C2-partikler med flere lag. I trin 1.6 er det vigtigt, at hætteglassets hovedrumsvolumen minimeres.
Under fremstillingen af MXene mikroelektrode arrays, der er flere kritiske trin, som er afgørende for at producere fungerende, høj kvalitet elektroder. Det er vigtigt at designe den første fotomaske sådan, at der er en metalring mønstret omkring waferens yderkant (trin 2.2) og den anden fotomaske, således at der er en tilsvarende, lidt større diameter ring, som vil blive ætset gennem offerparylene-C (trin 2.4) lag til støtte for at fjerne offerlaget. Uden denne ring, kan det være svært at etablere en kant til at begynde at skrælle op offerparylen-C lag i trin 2,7. Under trin 2.3 er det afgørende at udsætte waferen for O2 plasma, så den fortyndede rengøringsopløsning kan anvendes korrekt og klæbe rafen fast. Undladelse af at udføre dette trin vil resultere i områder af wafer ikke akkumulere en anti-klæbende lag, hvilket gør fjernelse af offerparylen-C lag i trin 2,7 umuligt. Under fjernelsen af offerparylen-C lag i trin 2.7, er det vigtigt at være omhyggelig med at undgå ridser eller beskadige bunden parylen-C lag, da dette kan føre til dannelsen af bobler mellem bunden parylen-C og Si wafer, og efterfølgende delaminering. Hvis offerparylen-C-laget ikke skræler let op, kan en lidt mere koncentreret rengøringsopløsning (4 % i DI) anvendes i trin 2.3.1, eller O 2-plasmaeksponeringen i trin 2.3.1 kan forlænges for at forbedre hydrophilicityen af det underliggende parylene-C-lag.
Når fabrikationen er afsluttet, er det vigtigt at vende MXene-enheden korrekt med stikbrættet. Tilsætning af to lag polyimidtape i trin 3.2 er afgørende for at sikre korrekt tykkelse til indsættelse i ZIF-stikket, men der bør udvises forsigtighed for at undgå utilsigtet foldning eller sammenkrøllelse af den tynde parylene-C-enhed, mens tapen tilsættes, da det ikke er muligt at fjerne tapen uden at beskadige enheden. Efterfølgende er korrekt justering af Au bonding puder på MXene enheden med stifter inde i ZIF-stikket (Figur 4D) afgørende for at danne en robust forbindelse (trin 3.3). På dette stadium er måling af MXene elektrodernes impedans nyttigt til fejlfinding. En 50 μm x 50 μm kvadratMXenelektrode skal have en impedansstørrelse nær 50 kΩ med en frekvens på 1 kHz i 1x PBS, og en cirkulær MXeneelektrode med en diameter på 25 μm skal have en impedansstørrelse nær 200 kΩ under de samme parametre36. En impedans, der er betydeligt større end dette, kan indikere, at elektroden ikke er korrekt forbundet i ZIF-stikket, eller at MXene-elektroden ikke udsættes, hvilket kan ske, hvis enten det øverste parylen-C-lag ikke var helt ætset i trin 2.10, eller at SiO 2-beskyttelseslaget ikke var helt ætset i trin 2.11.
En begrænsning af denne metode er variation i MXene film tykkelse, der undertiden observeres efter spin-casting MXene på wafer. Denne variation kan blive mere udtalt, hvis elektroder skaleres op til større områder. Denne begrænsning kan let overvindes ved at udnytte spray-belægning i stedet for spin-belægning til at anvende MXene til wafer, der repræsenterer en anden enkel, billig løsning behandlingsmetode, som MXene, og denne protokol, er kompatible39.
Den protokol, der er beskrevet her, giver spændende nye muligheder inden for neurovidenskab og inden for det større område af bioelektronik. Mens der længe har været interesse i at udnytte kulstof-baserede nanomaterialer til neurale mikroelektroder, indarbejdelse af Ti3C2 MXene i sådanne elektroder har gjort det muligt betydeligt enklere og mere høj gennemløb fabrikation end det har været muligt med andre kulstof-baserede nanomaterialer. Desuden giver de fremragende egenskaber af Ti3C2 MXene elektroderne bemærkelsesværdigt lav impedans for deres størrelse, hvilket forbedrer følsomheden og signalkvaliteten. En voksende mængde af litteratur beskriver også en række metoder til mikromønstre MXene, som kan tilpasses til fremstilling af MXene mikroelektroder i fremtiden, herunder mikro-kontakt udskrivning40, inkjet udskrivning41,42, og automatiseret skalpelgravering43. Der er et stort potentiale for at udvide denne protokol til at fremstille Ti3C2 MXene elektroder af vilkårlig størrelse og geometri til en række biosensing applikationer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Dette arbejde blev støttet af National Institutes of Health (tilskud nr. R21-NS106434), Citizens United for Research in Epilepsy Taking Flight Award, Mirowski Family Foundation og Neil og Barbara Smit (F.V.); National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (tilskud nr. DGE-1845298 til N.D. og B.M.); hærens forskningskontor (samarbejdsaftalenummer W911NF-18-2-0026 til K.M.) og af den amerikanske hær via Surface Science Initiative Program på Edgewood Chemical Biological Center (PE 0601102A Project VR9 til Y.G. og K.M.). Dette arbejde blev udført delvist på Singh Center for Nanotechnology, som støttes af 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).
