Summary
본 프로토콜은 가스 증착 및 수용액 반응을 통한 표면 개질을 위한 처리 동안 실리콘 평면 피질 내 미세전극을 취급하기 위한 도구를 기술한다. 절차 전반에 걸쳐 장치를 처리하는 데 사용되는 구성 요소의 어셈블리가 자세히 설명되어 있습니다.
Abstract
피질 내 미세전극은 큰 치료 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 그들은 겸손한 이식 기간 후에 상당한 성능 감소로 어려움을 겪고 있습니다. 관찰된 감소에 실질적인 기여자는 임플란트에 근접한 신경 조직에 대한 손상 및 후속적인 신경염증 반응이다. 장치 수명을 개선하기 위한 노력은 조직 반응을 개선하기 위해 장치 표면에 화학적 변형 또는 코팅 적용을 포함한다. 이러한 표면 처리의 개발은 전형적으로 의도된 응용에 필요한 전기 부품이 결여된 비기능적 "더미" 프로브를 사용하여 완료된다. 기능 장치로의 변환은 피질 내 미세 전극 어레이의 취약성을 고려할 때 추가적인 고려가 필요합니다. 핸들링 툴은 조립된 장치, 특히 긴 절차 시간이 필요한 수정의 경우 표면 처리를 크게 용이하게 합니다. 여기에 설명 된 취급 도구는 기상 증착 및 수용액 노출을 통해 적용되는 표면 처리에 사용됩니다. 코팅의 특성화는 타원법 및 x선 광전자 분광법을 사용하여 수행된다. 기능 장치에 대한 코팅 절차 전후의 전기 임피던스 분광법 기록을 비교한 결과, 수정 후 장치 무결성이 확인되었습니다. 설명된 툴은 화학적 호환성을 유지하는 대안적인 전극 장치 및 처리 방법에 쉽게 적응될 수 있다.
Introduction
신경 보철 장치는 척수 손상, 근위축성 측삭 경화증 (ALS), 뇌 성 마비 및 절단 1,2,3을 포함한 광범위한 환자 집단에서 손상되거나 부재 한 감각 및 운동 능력을 회복시키는 것을 목표로합니다. 피질 내 미세 전극 (IMEs)은 피질 뉴런과 신경 보철물을 제어하는 데 사용되는 장치 사이의 통신 경로를 설정할 수 있습니다. 피질내 미세전극의 뚜렷한 장점은 높은 공간 및 시간적 분해능으로 신경 신호를 기록할 수 있는 능력이며, 이는 뇌-컴퓨터 인터페이스(4,5)의 후속 신호 처리 및 제어에 바람직하다. 불행히도, 피질 내 미세 전극의 성능은 이식후 몇 달에서 1 년 이내에 극적으로 감소합니다 2,6,7,8. 신호 품질 및 안정성의 손실은 기술 적용에 부정적인 영향을 미칩니다.
관찰된 성능 저하에 대한 유의한 기여자는 이식-관련 조직 손상 및 만성 신경염증9,10,11에 대한 생물학적 반응이다. IME의 이식은 뇌 조직에 손상을 입히고, 반동적 세포 방어 과정의 캐스케이드를 시작하는 신호 전달 분자의 방출을 초래합니다. 만성 인터페이싱은 이물질 반응을 악화시켜 장치에 근접한 조직을 손상시키는 지속적인 신경 염증을 유발합니다. 종종 신경 염증, 흉터 및 국소 신경 변성의 증상으로 인식되어 신호 품질12,13,14,15의 기록의 감소에 기여합니다. 동반 된 활성화 된 미세 아교세포 및 대식세포를 가진 성상 세포의 조밀 한 대기업을 포함하며, 전극을 캡슐화하는 흉터는 물질 수송 감소 및 염증 인자 16,15,16,17,18의 국소 축적으로 불리한 국소 환경을 만듭니다.
많은 연구들이 피질내 미세전극에 대한 뇌의 반응 또는 반응을 완화시키기 위한 접근법7을 기술하였다. 조직 반응을 개선하기위한 연구 및 개발에는 전체 구조, 표면 토폴로지, 재료 및 코팅 적용에 대한 변형을 포함한 다양한 전략이 포함되었습니다. 이러한 노력은 이식 이벤트로부터 지속되는 손상을 최소화하고, 장치와 근위 세포 사이에 보다 유리한 계면을 도입하거나, 장치가 이식된 후 조직 변형을 감소시키려는 의도(7)를 의도한다. 만성 생물학적 반응을 구체적으로 표적으로 하는 방법은 이식 부위를 안정화시키고 세포 건강을 화학적으로 증진시키는 것을 목표로 하는 몇몇 생리활성 코팅을 유도하였다. 그 예로는 전도성 중합체, 예컨대 폴리(에틸렌 디옥시티오펜)(PEDOT)19,20, 탄소 나노튜브 21, 하이드로겔 22, 및 특정 세포 공정 23,24,25를 표적화하기 위해 생체활성 분자 및 약물의 첨가를 포함한다. 우리의 연구 그룹은 특히 장치 이식 26과 관련된 외상을 최소화하고, 장치 / 조직 경직성 불일치를 최소화하고, 27,28,29,30,31,32,33, 살균을 최적화하는 것을 포함하되 이에 국한되지 않는 이식 된 미세 전극에 대한 염증 반응의 감소를 촉진하기위한 많은 메커니즘을 탐구했습니다. 절차 34,35, 산화 응력/손상 감소 28,36,37,38,39,40,41,42, 대체 전극 재료(43) 탐구, 천연 세포외 매트릭스의 나노 아키텍처 모방 44,45,46 . 최근의 관심은 미세전극 조직 계면(39)에서 신경염증 반응을 직접 완화시키기 위한 생체모방 표면 코팅의 개발이다.
인터페이스의 변형은 신호 기록에 필요한 상처 및 근위 조직을 직접 타겟팅하는 독특한 이점을 제공합니다. 면역 반응을 악화시키지 않고 치유를 촉진하는 표면 처리는 품질 기록의 수명에 도움이 될 수 있으며 피질 내 미세 전극의 치료 및 연구 잠재력을 실현하는 데 한계를 제거 할 수 있습니다. 제시된 작업은 장치의 취약성을 수용하면서 연장 된 반응 시간을 필요로하는 마이크로 전극 어레이에 표면 처리를 적용하는 방법을 자세히 설명합니다. 제시된 기술은 표면 개질 방법을 치료 응용 분야 전반에 걸쳐 장치를 처리 할 수없는 기능 장치와 공유하기위한 것입니다. 이 도구는 비기능성 더미 프로브 및 기능성 실리콘 평면 마이크로 전극 어레이를 처리하기 위해 제공됩니다.
전극 표면을 변형시키기 위한 제시된 접근법은 기상 증착 및 수용액과의 반응을 위한 비작용성 더미 프로브 또는 기능성 실리콘 평면 전극 어레이의 안전한 현탁액을 허용한다. 이러한 깨지기 쉬운 장치를 처리하는 데 여러 3D 인쇄 조각이 사용됩니다(그림 1 및 그림 2). Mn(III)테트라키스(4-벤조산)포르피린(MnTBAP)의 고정화를 수반하는 산화방지 코팅을 이용한 표면 개질을 위한 가스 및 용액 상 단계 둘 다를 활용하는 절차의 예가 제공된다. MnTBAP는 염증47,48의 중재가 입증 된 항산화 특성을 지닌 합성 메탈로 포르피린입니다. 기능성 실리콘 평면 전극 어레이 상의 제공된 예는 비기능성 장치(40)에 대해 이전에 보고된 프로토콜에 대한 업데이트를 검증한다. Munief et al.로부터의 기상 증착 기술의 적응은 기능성 전극들(49)과의 프로토콜의 상용성을 지지한다. 기상증착은 활성 MnTBAP를 고정화하기 위해 카르보디이미드 가교결합제 화학을 수반하는 수성 반응에 대비하여 아민 작용화 표면을 기능화하는데 이용된다. 여기서 개발된 취급 방법론은 다른 코팅 및 유사한 장치를 수용하도록 변형될 수 있는 플랫폼으로서 제공된다.
이 프로토콜은 기능성 실리콘 평면 전극 어레이와 유사한 치수의 실리콘 생크 및 3D 프린팅된 탭을 포함하는 비기능성 더미 프로브를 사용하는 접근법을 예시한다. 장치의 커넥터 패키징은 제공된 지침에서 작동하지 않는 더미 프로브의 3D 인쇄 탭과 유사한 것으로 간주됩니다.
그림 1: 진공 데시케이터에서 기상 증착 시 기능 장치를 취급하기 위한 3D 인쇄물 . (A) 구조물의 베이스에는 1cm x 1cm 샘플 실리콘 사각형용 홀더(상단 화살표)와 데시케이터 플레이트에 고정하기 위한 구멍(하단 화살표)이 포함됩니다. (B) 플레이트는 장치의 서스펜션을 고정하는 데 사용됩니다. 여기서부터이 그림의 각 조각은 조각 1A 또는 1B라고합니다. 배율 막대 = 1cm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 2: 수용액에서 발생하는 표면 반응을 위한 기능성 장치를 취급하기 위한 3D 인쇄물. (A) 배양 플레이트의 뚜껑에 접착되는 가이드 피스. (B) 조립하는 동안 조각 (C)와 (D)를 안정화시키는 데 사용되는 벤치 탑 조각. (C) 및 (D)는 웰 플레이트 내에 배치하기 위한 디바이스의 현탁액을 함께 고정하고, (E) 피스 (C) 및 (D)를 웰 플레이트 뚜껑에 추가로 고정시킨다. 여기서부터이 그림의 각 패널에있는 개별 조각은이 그림의 패널 번호에 해당하는 조각 번호라고합니다. 배율 막대 = 1cm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Protocol
3D 인쇄를 위한 모든 코딩 파일은 보충 코딩 파일 1-16에 제공됩니다. 대표적인 결과에 제공된 분석은 상업적으로 획득된 기능성 실리콘 평면 전극 어레이를 사용하여 설명된다( 표 재료 참조).
1. 진공 데시케이터에서 기상 증착을위한 취급 어셈블리
주: 기상 증착 동안 장치를 취급하고 고정하기 위해 조립된 장치는 그림 3에 나와 있습니다. 단계 1.1-1.8은 증착을 위해 장치를 장치 내로 배치하는 데 필요한 절차를 설명합니다(그림 4A).
그림 3: 기상 증착 중 기능 장치를 취급하기 위한 3D 인쇄물 조립. 조립체는 코팅될 샘플 없이 그림으로 그려진다. 나사와 윙 너트는 조각 1A와 2B를 함께 고정하는 데 사용됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 코팅할 샘플의 조립 및 배치 이미지. 이 체계는 진공 건조기 내에 고정된 기상 증착 동안 기능 장치의 취급을 기술한다. (A) 양면 폴리이미드 테이프를 피스 1A에 놓고 폼 테이프를 1B에 놓습니다. (B) 테이프에 고정된 장치. (C) 나사와 윙 너트는 조각 1B를 1A에 고정하는 데 사용되며 어셈블리는 지퍼 케이블 타이 (빨간색 화살표)를 사용하여 데시케이터 트레이에 부착됩니다. (d) 1 cm x 1 cm 실리콘 정사각형 샘플을 각각의 홀더에 배치한다. (E) 알루미늄 계량 접시 및 압력 게이지는 도시된 방향으로 데시케이터에 배치된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
- 표면 처리를 위해 장치의 기판 재료의 1cm x 1cm 정사각형 샘플을 수집합니다.
- 실리콘 샘플(이 프로토콜을 위해 선택됨)의 경우, 웨이퍼 다이싱 머신을 사용하여 실리콘 웨이퍼를 1cm x 1cm 정사각형으로 절단 합니다(재료 표 참조).
- 조각 1A(그림 1A, 보충 코딩 파일 1, 보충 코딩 파일 2) 및 1B(그림 1B, 보충 코딩 파일 3, 보충 코딩 파일 4)를 인쇄하거나 획득한다.
- 양면 폴리이미드 테이프를 조각 1A에 부착하고 1B편에 편 접착제가 있는 1/8" 두께의 폼 스트립을 부착합니다.
- 장치의 커넥터 포장을 조각 1A의 테이프에 부착하십시오.
주: 테이프에 있는 커넥터의 이상적인 방향은 그림 4B와 같이 생크를 가장자리 위에 매달린 상태로 둡니다. - 조각 1A와 조각 1B를 함께 고정하십시오(그림 4C). 구멍을 정렬하고 스테인레스 스틸 나사와 윙 너트를 사용하여 고정 하십시오 (재료 표 참조).
- 지퍼 타이를 사용하여 그림 4C와 같이 조각 1A의 바닥에 있는 구멍을 사용하여 어셈블리를 진공 데시케이터 트레이에 고정합니다.
- 해당하는 경우 사각형 재료 샘플을 프레임 하단의 슬릿에 배치합니다(그림 4D). 여기서, 1 cm x 1 cm 정사각형 실리콘 웨이퍼 다이싱된 샘플이 일례로 사용된다.
참고 : 정확한 재료는 처리 된 장치의 기판과 일치해야하며 장치에 따라 다릅니다. - 용액을 고정 된 어셈블리와 반대쪽 및 일치하는 진공 데시케이터 내의 적절한 리셉터클에 배치하여 기상 증착을 완료하십시오.
참고: 알루미늄 계량 접시는 (3-아미노프로필)트리에톡시실란(APTES) 증착을 위한 리셉터클을 사용하였고, 여기서는 일례로 하였다.- 정확한 압력을 기록하기 위해 데시케이터 내에 진공 게이지 ( 재료 표 참조)를 놓습니다. 데시케이터 뚜껑의 포트를 고정 조립품 근처에 배치하고 솔루션과 일치하도록 배치합니다(그림 4E).
주: 이러한 기상 증착 방법에 관한 추가의 세부사항은 이전에 공개된 참조문헌49에 기술되어 있다.
- 정확한 압력을 기록하기 위해 데시케이터 내에 진공 게이지 ( 재료 표 참조)를 놓습니다. 데시케이터 뚜껑의 포트를 고정 조립품 근처에 배치하고 솔루션과 일치하도록 배치합니다(그림 4E).
2. 수용액을 통한 표면 반응을위한 취급 조립체
주: 수성상 증착 및 표면 처리 동안 장치를 취급 및 유지하기 위한 구성요소 및 조립된 장치는 도 5-7에 예시되어 있다. 다음 단계는 증착 및 처리를 위해 장치를 장치 내로 배치하는 데 필요한 절차를 자세히 설명합니다.
도 5: 수용액에서 발생하는 표면 반응을 위한 기능성 장치를 취급하기 위한 3D 프린트된 조각의 조립 . (A) 배양 플레이트의 뚜껑에 접착되는 가이드 피스. (B) 벤치탑 조각은 조립하는 동안 조각 (C)와 (D)를 안정화시키는 데 사용되었습니다. (c) 및 (D)는 웰 플레이트 내에 배치하기 위한 장치의 현탁액을 함께 고정시킨다. (e) 조각 (C) 및 (D)를 웰 플레이트 뚜껑에 추가로 고정시킨다. 양면 폴리이미드 테이프를 (C)의 하부에 배치하고, 폼 테이프를 (D)의 하부에 놓았다(둘 다 적색으로 박스화됨). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6: 6개의 가이드(조각 2A)로 구성된 세포 배양 플레이트 뚜껑. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7: 용액 반응을 위한 프로브를 고정하고 로딩하기 위한 시퀀스. 이미지 내에서 선명도를 위해 이 그림에서 부품의 색상이 변경되었습니다. 이 부품은 그림 5 및 그림 6과 동일합니다. (A) 피스 2C는 피스 2B에 배치되고, 디바이스는 2C의 테이핑 부분에 고정된다. (B) 피스 2D는 피스 2C에 맞춰져 디바이스 생크를 매달리는 어셈블리를 생성한다. (c) 2C, 2D 및 장치의 조립은 가이드를 사용하여 웰 플레이트의 뚜껑 위에 조심스럽게 위치된다. (D) 피스 2E는 뚜껑을 더욱 고정하기 위해 어셈블리 상단에 맞습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
- 장치의 전극 어레이를 용액에 현탁시키기 위해 웰 플레이트용 뚜껑을 구성한다(그림 6). 이 프로토콜은 24-웰 플레이트의 사용을 설명합니다.
- 직사각형 구멍 19mm x 10.5mm를 레이저 커터를 사용하거나 박스 커터를 사용하여 웰 플레이트의 뚜껑에 직접 자릅니다. 구멍 수를 원하는 장치 수와 일치시킵니다.
참고: 조립의 용이성을 위해 웰 플레이트당 6개의 장치를 처리하거나 최소한 인접하지 않은 웰 위에 구멍을 뚫는 것이 좋습니다(그림 6). - 적절한 수의 가이드(조각 2A(그림 2A), 보조 코딩 파일 5, 보충 코딩 파일 6)를 인쇄하거나 획득합니다.
- 시아 노 아크릴레이트 접착제를 사용하여 뚜껑에 가이드를 고정하십시오. 그림 6과 같이 가이드와 뚜껑에 직사각형 구멍을 맞추고 접착하면서 가이드의 직사각형 구멍이 막히지 않도록 합니다.
- 직사각형 구멍 19mm x 10.5mm를 레이저 커터를 사용하거나 박스 커터를 사용하여 웰 플레이트의 뚜껑에 직접 자릅니다. 구멍 수를 원하는 장치 수와 일치시킵니다.
- 치료가 발생할 위치에서 원하는 용액으로 웰 플레이트를 채 웁니다. 예를 들어, 용액은 MES 완충제 중의 EDC 및 Sulfo-NHS ( 표 참조)를 포함한다.
참고: 용액의 부피는 전극 장치의 치수에 따라 달라집니다. 8.6mm의 로우 프로파일 커넥터와 3mm의 생크 길이의 미시간 스타일 마이크로 전극 어레이( 재료 표 참조)의 경우 ~9mm 클리어런스(50)가 있습니다. 2 mL의 용액을 사용하면 장치의 생크가 완전히 잠기면서 장치의 나머지 부분을 반응 용액에서 벗어나게 할 수 있습니다.- 기판 샘플을 사용하여 표면 처리를 확인하는 경우 사각형 재료 샘플을 플레이트의 우물에 놓고 반응 용액에 잠깁니다.
- 장치를 잘 플레이트에 단단히 매달아 놓습니다(재료 표 참조). 시퀀스는 그림 7에 나와 있습니다.
- 테이프 조각 2B(그림 2B, 보충 코딩 파일 7, 보충 코딩 파일 8)를 벤치탑에 넣습니다(그림 7A).
- 양면 폴리이미드 테이프를 올려 조각 2C의 베이스를 덮습니다(그림 2C, 보조 코딩 파일 9, 보충 코딩 파일 10).
- 단면 접착제가 있는 1/8" 폼 테이프를 올려 조각 2D의 베이스를 덮습니다(그림 2D, 보조 코딩 파일 11, 보조 코딩 파일 12).
- 조각 2C를 조각 2B의 홈에 맞춥니다(그림 7A).
- 장치의 커넥터 포장을 방향이 맞춰 테이프에 부착하여 장치 생크의 길이가 끊어지도록 합니다(그림 7B).
- 조각 2D( 그림 7의 주황색 표시)를 조각 2C로 슬라이딩하여 장치를 고정합니다. 이 어셈블리는 공구 조각 사이에 장치를 효과적으로 고정합니다(그림 7B).
- 어셈블리의 가장자리를 잡고 조심스럽게 들어 올려 조각 2A에서 제거하십시오.
- 조각 2C 및 2D의 바깥쪽을 향한 반원을 조각 2A의 해당 가이드와 정렬하여 어셈블리를 뚜껑에 맞춥니다( 그림 7C의 녹색으로 표시됨).
- 가이드 위에 프레스 피팅 피스 2E(도 2E)에 의한 어셈블리 배치를 고정한다( 도 7D, 보충 코딩 파일(13), 보충 코딩 파일(14)에 녹색으로 표시됨).
- 용액의 지속적인 혼합으로 이익을 얻는 반응을 위해, 웰 플레이트를 교반하십시오. 조립 된 웰 플레이트를 쉐이커 테이블로 옮기고 100rpm 미만의 속도로 실행하십시오.
- 여러 용액 기반 반응 또는 세척 단계가 필요한 경우 뚜껑을 원하는 용액이 적절한 웰에 분배된 새로운 웰 플레이트로 조심스럽게 옮깁니다.
참고: 2.4단계는 선택 사항입니다. - 웰 플레이트에서 장치를 분리합니다.
- 테이프 조각 2B를 벤치 탑에 넣습니다.
- 뚜껑에서 조각 2E를 제거합니다.
- 장치를 고정하고 있는 어셈블리를 웰 플레이트에서 조심스럽게 분리합니다.
- 부품 2C가 벤치탑을 향하고 조각 2D가 위쪽을 향하도록 어셈블리의 방향을 지정합니다. 장치의 생크는 벤치 탑과 평행해야합니다. 어셈블리의 피스 2C를 어셈블리를 함께 피팅할 때 이전에 완료되었던 바와 같이(단계 2.3.4) 피스 2B에 맞춥니다.
- 조각 2D를 조심스럽게 잡아 당겨 조각 2C에서 분리하십시오. 이 작업에 안정성을 제공하기 위해 조각 2C의 탭에 약간의 압력을 가하십시오.
참고: 2C의 탭은 이 처리를 용이하게 하기 위해 2D의 탭보다 길다. - 포셉을 사용하여 장치의 커넥터 포장을 잡고 테이프에서 제거하고 장치를 원하는 저장 컨테이너로 옮깁니다.
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Representative Results
취급 성분의 사용을 입증하기 위해, 산화제 매개체의 고정화를 활성화 실리콘에 적응시키기 위해 설명된 방법론이 구현되었다. 산화 스트레스를 줄이기 위해 IME에 이 화학을 적용하는 것은 Potter-Baker et al.에 의해 고안되었으며 비기능성 실리콘 더미 프로브(40)에서 입증되었다. 이 표면 처리는 아민 기능화를 통해 산화방지제인 MnTBAP를 UV/오존 활성화 실리콘 표면에 고정시킨 후 카르보디이미드 가교 화학(51)을 실시한다. 아민 작용화는 기상 증착 및 수성 반응을 통한 카르보디이미드 가교 화학을 통해 완료된다. 이들 실험은 코팅 방법의 물질 분석을 허용하기 위해 상업적으로 이용가능한 미시간-스타일 마이크로전극 어레이 및 실리콘 사각형 샘플을 사용하여 수행되었다( 물질의 표 참조).
먼저, 아민 작용화는 아미노실란, (3-아미노프로필)트리에톡시실란(APTES)을 사용하여 수행하였다. APTES의 기상 증착은 Munief et al.49에 의해 기술된 방법의 적응을 이용하였다. 장치는 기상 처리를 위해 설명된 처리 프로토콜에 따라 3D 인쇄 도구를 사용하여 안전하게 정지되었습니다. 다음에, 400 μL의 액체 APTES를 진공 데시케이터 내의 알루미늄 디쉬에 넣었다. 데시케이터 뚜껑을 놓고, 진공을 20분 동안 ∼25 psi로 당겼다. 20분 후, 진공을 해제하였다. 신선한 400 μL의 액체 APTES를 새로운 알루미늄 접시에 넣었다. 진공을 추가 20분 동안 ∼25 psi로 다시 끌어당겼다. 20분 후, APTES를 두 번째로 리프레시하고, 진공을 24시간 52분 동안 ∼25 psi로 유지하였다. 아민 작용화에 이어서, MnTBAP를 고정화하기 위해 카르보디이미드 가교 화학을 사용하였다. 2-( N-모르폴리노)에탄술폰산(MES) 완충액 중의 1-[3-(디메틸아미노)프로필]-3-에틸카르보디이미드 메티오다이드 (EDC) 및 N-히드록시술포숙신이미드 나트륨 염 (Sulfo-NHS)을 사용하는 표준 절차40을 사용하였다. 3D 인쇄 도구는 반응 용액이 들어있는 웰에 장치를 현탁시켰다.
기능화 반응의 완료 후, 타원법 및 x-레이 광전자 분광법(XPS)을 각각 수행하여 APTES(단계 1) 및 MnTBAP의 존재를 확인하였다(단계 2). 실리콘 정사각형 1 cm x 1 cm를 사용하여 성공적인 APTES 증착 및 MnTBAP 고정화를 검증하기 위해 각 코팅 공정 단계를 분석하였다. 12개의 실리콘 샘플의 중심에서 취해진 타원체 측정은 이론적인 단층 두께인 7 Å와 비교하여 8.5 ± 1.02 Å의 평균 APTES 층 두께를 생성하였다. XPS의 결과는 표 1에 제공된다. 기상 APTES 처리 후, 화학 침전을 나타내는 질소와 탄소의 원자 농도의 비율이 증가합니다. 용액 상 고정화 과정에 이어서, 이들 결과는 MnTBAP의 활성에 기여하는 원소인 망간의 존재를 입증하며, 이는 용액상 고정화 전에는 검출할 수 없었다.
| 수정 | C (%) | N (%) | O (%) | Si(%) | Mn (%) | ||
| 플라즈마 처리 Si | 3.06 | 0.5 | 49.84 | 46.605 | 0 | ||
| APTES 기상 증착 | 13.63 | 3.2 | 43.98 | 39.2 | 0 | ||
| MnTBAP 고정화 | 44.16 ± 3.94 | 5.33 ± 0.37 | 21.81 ± 1.30 | 21.81 ± 2.39 | 0.79 ± 0.07 | ||
표 1: 실리콘에 대한 순차적 수정을 위한 XPS 분석. MnTBAP 고정화 단계에 제공된 값에는 샘플 크기 4에 대한 표준 편차가 제시된다.
코팅 공정 후 미시간 스타일 마이크로전극 어레이의 기능은 전기 임피던스 분광법(EIS)50을 사용하여 평가되었다. EIS는 두 장치에 걸쳐 총 20개의 마이크로전극 채널에 대해 기록되었다. 테스트에 포함 된 채널은 무작위로 선택되고 두 장치 (10 채널 / 장치) 사이에 균등하게 분배되었습니다. 측정은 세 개의 전극 셋업을 갖는 포텐티오스타트를 사용하여 이루어졌다. 측정은 코팅 공정 전에 세 번, 코팅 공정 후에 세 번 각 채널에 대해 완료되었다. 1kHz에서의 임피던스 크기는 코팅 공정 전후에 각각 238± 10.22kΩ 및 237± 9.81kΩ이었다. 코팅 공정이 채널 임피던스(53)에 영향을 미치는지 여부를 결정하기 위해 쌍별 t-검정이 선택되었다. 장치의 임피던스 측정은 상당한 차이를 나타냅니다. 따라서, 장치 레벨에 대한 분석은 제조 가변성의 노이즈 내에서 코팅의 효과를 잃을 수 있다. 코팅 공정 전후의 1kHz에서 채널의 임피던스 크기 사이의 쌍 t-검정은 통계적 차이가 없음을 나타냈다(p> 0.937). 테스트된 장치의 보드 플롯은 그림 8에 제공되어 치료 전후의 10채널 기록 결과를 표시합니다. 코팅 공정 전후의 전극 어레이의 이미지는 도 9에 제공된다. 재료 분석을 위한 도구 세부 사항에 대한 추가 정보는 보충 파일 1에서 찾을 수 있습니다.
그림 8: 코팅 절차 전(회색) 및 후(빨간색) 테스트된 장치(10개 채널)에서 평균 전기화학적 임피던스 측정값을 표시하는 Bode 플롯. 막대는 평균의 표준 오차를 나타냅니다. 임피던스 크기는 주파수가 증가함에 따라 감소했습니다. 위상각은 주파수가 증가함에 따라 감소했습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 9: 코팅 공정 전(상단) 및 후(하단) 전극 어레이의 이미지. 배율 막대 = 50μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 1 : 재료 분석을위한 도구 세부 사항. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 코딩 파일 1-16: 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
기술된 프로토콜은 실리콘 평면 마이크로전극 어레이의 표면 처리를 위해 설계되었다. 3D 프린팅된 툴은 로우 프로파일 커넥터(50)를 갖는 미시간 스타일의 마이크로전극 어레이에 맞게 맞춤화된다. 비기능성 프로브는 생체적합성 접착제를 사용하여 실리콘 프로브를 3D 프린트된 탭에 부착하여 조립하였다. 3D 인쇄 탭은 사용 가능한 상용 장치에 통합 된 커넥터와 비슷한 크기로 설계되었습니다. 3D 프린트된 탭에 대한 파일은 보충 코딩 파일(15), 보충 코딩 파일(16)로서 이용가능하다. 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 필라멘트를 사용하여 3D 프린트 피스를 제작하였다. 원하는 경우, 폴리락트산(PLA) 필라멘트가 또한 공구를 구성하는데 사용될 수 있다. 24-웰 플레이트를 17.4 mm의 웰 깊이를 갖는 수용액과의 표면 반응을 위해 사용하였다. 프로토콜을 대체 장치에 적용할 때는 전극 유형(커넥터 크기, 생크 길이), 사용된 3D 프린터의 분해능 및 필라멘트의 화학적 호환성을 고려해야 합니다.
표면 처리를 분석하는 표준 기술은 테스트의 크기 및 / 또는 파괴적인 특성으로 인해 조립 된 장치에서 수행 할 수 없습니다. 실리콘 평면 마이크로전극 어레이 상에서 표면 처리의 표현을 얻기 위해, 장치-등급 실리콘의 샘플은 추후 분석을 위해 기능 디바이스와 함께 처리될 수 있다. 다른 장치를 사용하는 경우 샘플 재료는 장치 기판의 재료와 일치해야 합니다. 간접적이지만,이 방법은 배치 처리 사이의 품질 검사를 허용합니다. 기상 증착을 위한 3D 프린팅 툴에는 충분한 표면 증착 조건을 보장하기 위해 정사각형 샘플을 수용하는 기능이 포함되어 있습니다. 정사각형 샘플을 보유하는 피쳐에는 샘플을 삽입하기 위한 1mm 슬릿이 있습니다. 제시된 작업에 사용 된 실리콘 샘플은 두께가 525 μm입니다. 대체 샘플 재료가 필요하고 1mm보다 두꺼운 경우 제공된 파일을 조정해야 합니다. 도 1은 기상 증착을 위한 어셈블리의 구성요소들을 도시한다. 도 2는 24 -웰 플레이트에서 수용액 반응을 위한 조립 성분을 나타낸다.
Potter-Baker et al.에 의해 기술된 MnTBAP의 고정화 방법의 적응은 제시된 도구(40)의 유용성을 입증하기 위해 사용되었다. 이들 실험은 상업적으로 이용가능한 미시간 스타일 마이크로전극 어레이 및 실리콘 스퀘어 샘플을 사용하여 코팅 방법의 물질 분석을 허용하도록 완료되었다. APTES, 타원법, 및 x-레이 광전자 분광법(XPS)의 존재를 확인하기 위해 실리콘 사각형 샘플에 대해 수행하였다. 타원체 측정은 예상되는 APTES 침착물에 상응하는 샘플 두께의 증가를 입증했다. 샘플에 대해 수행 된 XPS 분석은 APTES 퇴적물을 나타내는 질소 및 탄소의 원자 농도의 백분율이 증가한 것으로 나타났습니다. XPS 분석은 용액 단계 고정화 과정 이전에 망간이 없다는 것을 보여 주었고 망간의 존재가 뒤따랐습니다. 이들 데이터는 함께 코팅의 존재의 정당화로서 취해졌다. 이 단계에서 장치는 시험관내 및 생체 내 테스트를 위해 준비됩니다. 예를 들어, 설치류에 장치를 이식하는 생체내 실험은 장치 성능(36,40)에 대한 코팅의 효과를 결정하기 위해 기록 분석 및 면역조직화학 염색을 허용하도록 수행될 수 있다.
피질내 마이크로전극의 생체내 성능 향상은 임상적 사용을 앞당기기 위한 기술이 필요하다. 지속적인 연구 노력은 장치 고장(54)의 배후에 있는 프로세스를 해명하고 완화하는 것을 목표로 한다. 이 연구의 실질적인 영역은 만성 장치 이식 7,55,56,57에 대한 해로운 조직 반응의 완화를 목표로합니다. 장치와 조직 사이의 계면에 초점을 맞추는 것은 이환된 조직(58,59)의 표적화된 치료를 가능하게 한다. 피질 내 미세 전극에 대한 몇 가지 표면 변형은 60,61,62,63 건의 탐구를 계속하고 있습니다.
제시된 절차는 기상 증착 및 수용액 반응을 포함하는 표면 처리를 조립 장치에 적용하는 방법을 제공합니다. 표면 처리의 개발에서, 기능성 장치로의 번역은 몇 가지 취급 관심사(64)를 제기한다. 기능적 마이크로전극 어레이의 취약성 및 비용을 고려하여, 제시된 툴은 트리트먼트6 동안 디바이스 무결성의 유지를 크게 용이하게 한다. 보안 처리 방법은 장기간에 걸쳐 발생하는 수정 절차와 관련이 있으며 여러 단계를 포함합니다. 필름 침착 및 분자 고정화를 수반하는 표면 기능화는 총 인큐베이션 시간이 다중 시간 23,24,40,60을 초과하는 여러 라운드의 공정을 포함할 수 있다. 기능성 마이크로전극 어레이를 취급하기 위한 방법은 아직 상세히 보고되지 않았다. 제시된 보고서는 하나의 처리 방법을 자세히 공개하고자합니다.
표면 처리 및 코팅의 개발을 통해 피질 내 마이크로 전극 어레이 성능을 향상시키기위한 연구 노력은 이러한 도구를 사용하여 치료를 안전하게 적용함으로써 이익을 얻을 수 있습니다. 설명된 미시간 스타일 마이크로전극 어레이를 위해 모델링된 실리콘 평면 장치의 표면 처리를 위해 설계되었지만, 이 파일은 대체 장치를 위해 3D 프린트된 조각을 적응시키기 위해 사용할 수 있다. 조정할 때는 장치 크기, 사용된 3D 프린터의 해상도 및 화학적 호환성을 고려하십시오.
자세한 접근 방식에 대한 제한 사항은 사용자 지정 표면 수정 프로토콜에 가장 적합한 방법을 결정할 때 해결해야 합니다. 3D 인쇄 된 조각은 사용자 정의되며 시간과 액세스가 필요합니다. 또한, 조각들은 마이크로전극 어레이의 특정 스타일을 위해 설계되었다. 따라서 대체 장치 및 해당 커넥터 포장을 수용하기 위해 3D 인쇄 된 조각에 대한 조정이 필요합니다. 마지막으로, 여기에 설명된 프로토콜은 다른 장치 설계와 관련된 다양한 금속 접점 또는 유기 기반 전도성 폴리머와의 호환성에 대해 평가되지 않았습니다. 절대적인 장치 무결성과 연구원 안전을 보장하기 위해서는 반응 화학에 사용되는 시약을 고려해야 합니다.
요약하면, 기능적 신경 전극에 대한 표면 수정을 가능하게하는 동시에 장치의 무결성을 손상시킬 위험을 최소화하는 강력한 프로토콜이 제시되었습니다. 이 방법론은 유사하거나 대안적인 장치 클래스의 추가 수정을 위한 플랫폼으로서 기능할 수 있다.
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Disclosures
내용은 미국 재향 군인 사무국, 국립 보건원 또는 미국 정부의 견해를 대표하지 않습니다.
Acknowledgments
이 연구는 미국 (미국) 재향 군인 업무 재활 연구 개발 서비스의 Merit Review Award IRX002611 (Capadona) 및 Research Career Scientist Award IK6RX003077 (Capadona)에 의해 부분적으로 지원되었습니다. 또한이 연구는 국립 보건 연구소, 국립 신경 장애 및 뇌졸중 연구소 R01NS110823 (Capadona / Pancrazio) 및 국립 과학 재단 대학원 연구 펠로우십 프로그램 (Krebs)의 일부 지원을받습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1-[3-(Dimethylamino)propyl]-3-ethylcarbodiimide methiodide (EDC) | Sigma-Aldrich | 165344-1G | Solid, stored desiccated at -20 °C |
| 15 mL Conical Centrifuge Tubes | Fisher Scientific | 14-959-70C | |
| 18 Pound Solid Nylon Cable/Zip Ties | Cole-Parmer | EW-06830-66 | Length 4 inches |
| 2-(N-Morpholino)ethanesulfonic acid (MES) | Sigma-Aldrich | 4432-31-9 | Solid |
| 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) | Sigma-Aldrich | 440140-100ML | Liquid, container with Sure/Seal |
| 50 mL Conical Centrifuge Tubes | Fisher Scientific | 14-959-49A | |
| Aluminum foil | Fisher Scientific | 01-213-103 | |
| Aluminum weighing dishes | Fisher Scientific | 08-732-102 | Diameter 66 mm |
| Bel-Art Vacuum Desiccator | Fisher Scientific | 08-594-15B | |
| Corning Costar TC-Treated Multiple Well Plates | Millipore Sigma | CLS3527-100EA | 24-well plate, polystyrene |
| Cyanoacrylate Adhesive | LocTite | N/A | |
| Digital Microscope | Keyence | VHX-S750E | |
| Disco DAD3350 Dicing Saw | Disco | DAD3350 | Used to cut silicon wafer into 1 cm x 1 cm samples |
| Double-Sided Polyimide Tape | Kapton Tape | PPTDE-1/4 | ¼” x 36 yds. |
| EP21LVMed – low viscosity, two component epoxy compound | Masterbond | EP21LVMed | Meets USP Class VI certification, Passes ISO 10993-5 for cytotoxicity |
| Epilog Fusion Pro 48 Laser Machine | Epilog | N/A | CO2 laser |
| Foam tape | XFasten | N/A | 1/8" Thick |
| Gamry Interface 1010E Potentiostat | Gamry | 992-00129 | |
| High precision 45° curved tapered very fine point tweezers/forceps | Fisher Scientific | 12-000-131 | |
| Lab tape | Fisher Scientific | 15-901-10L | |
| Mn(III)tetrakis (4-benzoic acid) porphyrin (MnTBAP) | EMD Millipore | 475870-25MG | Solid, stored at -20 °C |
| N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salt, ≥98% (HPLC) | Sigma-Aldrich | 56485-250MG | Solid, stored desiccated at 4°C |
| Platinum clad niobium mesh anode | Technic | N/A | Clad with 125μ” of platinum on one side, framed in titanium with (1) 1” x 6” titanium strap centered on one 6” dimension |
| Silicon Planar Microelectrode Array, 16 Channel | NeuroNexus | A1x16-3mm-100-177-CM16LP | Electrode site material is iridium, shank thickness is 15 μm |
| Silicon Wafer | University Wafer | 1575 | Diameter 100 mm, p-type, boron-doped, 100 oriented, resistivity 0.01-0.02 Ohm-cm, thickness 525 um, single side polished, prime grade |
| Silver/silver Chloride reference electrode | Gamry Instruments | 930-00015 | |
| Solidworks | N/A | ||
| Stainless Steel Phillips Flat Head Screws | McMaster Carr | 96877A629 | #8-32, 1 1/2", fully threaded |
| Type I deionized water | ChemWorld | CW-DI1-20 | |
| Ultimaker 3 3D printer | Ultimaker | N/A | |
| Ultimaker Cura | Ultimaker | N/A | 3D printing software |
| Ultimaker NFC ABS Filament | Dynamism, Inc. | 1621 | 2.85 mm |
| Ultimaker NFC PLA Filament | Dynamism, Inc. | 1609 | 2.85 mm |
| Vacuum Gauge Vacuum Gauge | Measureman Direct | N/A | Glycerin Filled, 2-1/2” Dial Size, ¼”NPT, -30” Hg/-100kpa-0 |
| Wing nuts | Everbilt | 934917 | #8-32, zinc plated |
References
- Donoghue, J. Bridging the brain to the world: A perspective on neural interface systems. Neuron. 60 (3), 511-521 (2008).
- Ajiboye, A. B., et al. Restoration of reaching and grasping movements through brain-controlled muscle stimulation in a person with tetraplegia: a proof-of-concept demonstration. The Lancet. 398 (10081), 1821-1830 (2017).
- Ereifej, E. S., et al. Neural engineering: the process, applications, and its role in the future of medicine. Journal of Neural Engineering. 16 (6), 063002 (2019).
- Nicolas-Alonso, L. F., Gomez-Gil, J.
- Leuthardt, E. C., Schalk, G., Moran, D., Ojemann, J. G. The emerging world of motor neuroprosthetics: a neurosurgical perspective. Neurosurgery. 59 (1), 1-14 (2006).
- Barrese, J. C., et al. Failure mode analysis of silicon-based intracortical microelectrode arrays in non-human primates. Journal of Neural Engineering. 10 (6), 066014 (2013).
- Jorfi, M., Skousen, J. L., Weder, C., Capadona, J. R. Progress towards biocompatible intracortical microelectrodes for neural interfacing applications. Journal of Neural Engineering. 12 (1), 011001 (2015).
- Prasad, A., et al. Comprehensive characterization and failure modes of tungsten microwire arrays in chronic neural implants. Journal of Neural Engineering. 9 (5), 056015 (2012).
- Hermann, J. K., Capadona, J. R. Understanding the role of innate immunity in the response to intracortical microelectrodes. Critical Reviews in Biomedical Engineering. 46 (4), 341-367 (2018).
- Ravikumar, M., et al. The roles of blood-derived macrophages and resident microglia in the neuroinflammatory response to implanted intracortical microelectrodes. Biomaterials. 35 (28), 8049-8064 (2014).
- Sawyer, A. J., et al. The effect of inflammatory cell-derived MCP-1 loss on neuronal survival during chronic neuroinflammation. Biomaterials. 35 (25), 6698-6706 (2014).
- Prasad, A., Sanchez, J. C. Quantifying long-term microelectrode array functionality using chronic in vivo impedance testing. Journal of Neural Engineering. 9 (2), 026028 (2012).
- Salatino, J. W., Ludwig, K. A., Kozai, T. D. Y., Purcell, E. K. Glial responses to implanted electrodes in the brain. Nature Biomedical Engineering. 1 (11), 862-877 (2017).
- McConnell, G. C., et al. Implanted neural electrodes cause chronic, local inflammation that is correlated with local neurodegeneration. Journal of Neural Engineering. 6 (5), 056003 (2009).
- Rennaker, R. L., Miller, J., Tang, H., Wilson, D. A. Minocycline increases quality and longevity of chronic neural recordings. Journal of Neural Engineering. 4 (2), 1-5 (2007).
- Carnicer-Lombarte, A., Chen, S. T., Malliaras, G. G., Barone, D. G. Foreign body reaction to implanted biomaterials and its impact in nerve neuroprosthetics. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 9, 622524 (2021).
- Roitbak, T., Sykova, E. Diffusion barriers evoked in the rat cortex by reactive astrogliosis. Glia. 28 (1), 40-48 (1999).
- 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).
- Cui, X., Martin, D. C. Electrochemical deposition and characterization of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) on neural microelectrode arrays. Sensors and Actuators B: Chemical. 89 (1), 92-102 (2003).
- Ludwig, K. A., Uram, J. D., Yang, J., Martin, D. C., Kipke, D. R. Chronic neural recordings using silicon microelectrode arrays electrochemically deposited with a poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) film. Journal of Neural Engineering. 3 (1), 59-70 (2006).
- 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).
- Kim, D. -H., Wiler, J. A., Anderson, D. J., Kipke, D. R., Martin, D. C. Conducting polymers on hydrogel-coated neural electrode provide sensitive neural recordings in auditory cortex. Acta Biomaterialia. 6 (1), 57-62 (2010).
- He, W., McConnell, G. C., Bellamkonda, R. V. Nanoscale laminin coating modulates cortical scarring response around implanted silicon microelectrode arrays. Journal of Neural Engineering. 3 (4), 316-326 (2006).
- Azemi, E., Lagenaur, C. F., Cui, X. T. The surface immobilization of the neural adhesion molecule L1 on neural probes and its effect on neuronal density and gliosis at the probe/tissue interface. Biomaterials. 32 (3), 681-692 (2011).
- Zhong, Y., Bellamkonda, R. V. Controlled release of anti-inflammatory agent alpha-MSH from neural implants. Journal of Controlled Release. 106 (3), 309-318 (2005).
- Shoffstall, A. J., et al. Potential for thermal damage to the blood-brain barrier during craniotomy: implications for intracortical recording microelectrodes. Journal of Neural Engineering. 15 (3), 034001 (2018).
- Bedell, H. W., et al. Understanding the effects of both CD14-meditated innate immunity and device/tissue mechanical mismatch in the neuroinflammatory response to intracortical microelectrodes. Frontiers in Neuroscience. 12, 772 (2018).
- Nguyen, J. K., et al. Influence of resveratrol release on the tissue response to mechanically adaptive cortical implants. Acta Biomaterialia. 29, 81-93 (2016).
- Sridharan, A., Nguyen, J. K., Capadona, J. R., Muthuswamy, J. Compliant intracortical implants reduce strains and strain rates in brain tissue in vivo. Journal of Neural Engineering. 12 (3), 036002 (2015).
- Nguyen, J. K., et al. Mechanically-compliant intracortical implants reduce the neuroinflammatory response. Journal of Neural Engineering. 11, 056014 (2014).
- Harris, J. P., et al. In vivo deployment of mechanically adaptive nanocomposites for intracortical microelectrodes. Journal of Neural Engineering. 8 (4), 046010 (2011).
- Shoffstall, A. J., et al. Characterization of the neuroinflammatory response to Thiol-ene/Acrylate shape memory polymer coated intracortical microelectrodes. Micromachines. 10, 486 (2018).
- Simon, D. M., et al. Design and demonstration of an intracortical probe technology with tunable modulus. Journal of Biomedical Materials Research. Part A. 105 (1), 159-168 (2017).
- Ravikumar, M., et al. The effect of residual endotoxin contamination on the neuroinflammatory response to sterilized intracortical microelectrodes. Journal of Materials Chemistry. B. 2 (17), 2517-2529 (2014).
- Ecker, M., et al. Sterilization of thiol-ene/acrylate based shape memory polymers for biomedical applications. Macromolecular Materials and Engineering. 302 (2), 160331 (2017).
- Ereifej, E. S., et al. Implantation of neural probes in the brain elicits oxidative stress. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 6 (9), 1-12 (2018).
- Potter, K. A., et al. The effect of resveratrol on neurodegeneration and blood brain barrier stability surrounding intracortical microelectrodes. Biomaterials. 34 (29), 7001-7015 (2013).
- Potter, K. A., et al. Curcumin-releasing mechanically adaptive intracortical implants improve the proximal neuronal density and blood-brain barrier stability. Acta Biomaterialia. 10 (5), 2209-2222 (2014).
- Potter-Baker, K. A., Capadona, J. R. Reducing the "stress": Antioxidative therapeutic and material approaches may prevent intracortical microelectrode failure. ACS Macro Letters. 4 (3), 275-279 (2015).
- Potter-Baker, K. A., et al. Development of superoxide dismutase mimetic surfaces to reduce accumulation of reactive oxygen species for neural interfacing applications. Journal of Materials Chemistry B. 2 (16), 2248-2258 (2014).
- Potter-Baker, K. A., et al. Implications of chronic daily antioxidant administration on the inflammatory response to intracortical microelectrodes. Journal of Neural Engineering. 12 (4), 046002 (2015).
- Kim, Y., et al. Ventricular delivery of resveratrol improves microelectrode recording performance and reduces oxidative stress. Micromachines. 12, 1446 (2021).
- Deku, F., et al. Amorphous silicon carbide ultramicroelectrode arrays for neural stimulation and recording. Journal of Neural Engineering. 15 (1), 016007 (2018).
- Ereifej, E. S., et al. The neuroinflammatory response to nanopatterning parallel grooves into the surface structure of intracortical microelectrodes. Advanced Functional Materials. 28 (12), 1704420 (2018).
- Kim, Y., et al. Nano-architectural approaches for improved intracortical interface technologies. Frontiers in Neuroscience. 12, 456 (2018).
- Mahajan, S., et al. Towards standardization of electrophysiology and computational tissue strain in rodent intracortical microelectrode models. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 8, 416 (2020).
- Suresh, M. V., et al. The protective role of MnTBAP in oxidant-mediated injury and inflammation in a rat model of lung contusion. Surgery. 154 (5), 980-990 (2013).
- Liu, D., Shan, Y., Valluru, L., Bao, F. Mn (III) tetrakis (4-benzoic acid) porphyrin scavenges reactive species, reduces oxidative stress, and improves functional recovery after experimental spinal cord injury in rats: comparison with methylprednisolone. BMC Neuroscience. 14 (1), 23 (2013).
- Munief, W. M., et al. Silane deposition via gas-phase evaporation and high-resolution surface characterization of the ultrathin siloxane coatings. Langmuir. 34 (35), 10217-10229 (2018).
- Hoogerwerf, A. C., Wise, K. D. A three-dimensional microelectrode array for chronic neural recording. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 41 (12), 1136-1146 (1994).
- Staros, J. V., Wright, R. W., Swingle, D. M. Enhancement by N-hydroxysulfosuccinimide of water-soluble carbodiimide-mediated coupling reactions. Analalytical Biochemistry. 156 (1), 220-222 (1986).
- Yuan, X., Wolf, N., Mayer, D., Offenhausser, A., Wordenweber, R. Vapor-phase deposition and electronic characterization of 3-Aminopropyltriethoxysilane self-assembled monolayers on silicon dioxide. Langmuir. 35 (25), 8183-8190 (2019).
- Montgomery, D. C. Design and Analysis of Experiments. Eighth edition. , John Wiley & Sons, Inc. (2013).
- Shoffstall, A. J., Capadona, J. R. Bio-inspired materials and systems for neural interfacing. Current Opinions in Biomedical Engineering. 6, 110-119 (2018).
- Skousen, J. L., Tresco, P. A. Neuroprosthetics. Theory and Practice 2nd Edition. , 259-299 (2017).
- Michelson, N. J., et al. multi-modal analysis uncovers complex relationship at the brain tissue-implant neural interface: new emphasis on the biological interface. Journal of Neural Engineering. 15 (3), 033001 (2018).
- Hofmann, U. G., Capadona, J. R. Editorial: Bridging the gap in neuroelectronic interfaces. Frontiers in Neuroscience. 14, 457 (2020).
- Usoro, J., Sturgill, B., Musselman, K., Capadona, J. R., Pancrazio, J. J. On the definition of 'chronic' for intracortical microelectrode array applications. Micromachines. 12 (8), 972 (2021).
- Thompson, C. H., Saxena, A., Heelan, N., Salatino, J., Purcell, E. K. Spatiotemporal patterns of gene expression around implanted silicon electrode arrays. Journal of Neural Engineering. 18 (4), 1741 (2021).
- Golabchi, A., Woeppel, K. M., Li, X., Lagenaur, C. F., Cui, X. T. Neuroadhesive protein coating improves the chronic performance of neuroelectronics in mouse brain. Biosensors and Bioelectronics. 155, 112096 (2020).
- Zheng, X. S., et al. A superoxide scavenging coating for improving tissue response to neural implants. Acta Biomaterialia. 99, 72-83 (2019).
- Lee, H. C., et al. Foreign body response to intracortical microelectrodes is not altered with dip-coating of Polyethylene Glycol (PEG). Frontiers in Neuroscience. 11, 513 (2017).
- Boehler, C., et al. Actively controlled release of Dexamethasone from neural microelectrodes in a chronic in vivo study. Biomaterials. 129, 176-187 (2017).
- Hess, A. E., et al. Development of a stimuli-responsive polymer nanocomposite toward biologically optimized, MEMS-based neural probes. Journal of Micromechanics and Microengineering. 21 (5), 054009 (2011).
