Login processing...

JoVE Journal
Bioengineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 2 minutes.

JoVE Journal Bioengineering

Fabrikation af Ti₃C₂ MXene Microelectrode Arrays til In Vivo Neural Optagelse

Guided Differentiation of Mature Kidney Podocytes from Human Induced Pluripotent Stem Cells Under Chemically Defined Conditions

Journal (Bioengineering)

Guided Differentiation of Mature Kidney Podocytes from Human Induced Pluripotent Stem Cells Under Chemically Defined Conditions

Traction Force Microscopy to Study B Lymphocyte Activation

Journal (Bioengineering)

Traction Force Microscopy to Study B Lymphocyte Activation

Click here for the English version

Fabrikation af Ti₃C₂ MXene Microelectrode Arrays til In Vivo Neural Optagelse

Article DOI: 10.3791/60741-v

February 12th, 2020 •

Nicolette Driscoll^1,2,3, Kathleen Maleski^4,5, Andrew G. Richardson^2,6, Brendan Murphy^1,2,3, Babak Anasori^4,5, Timothy H. Lucas^2,6, Yury Gogotsi^4,5, Flavia Vitale^1,2,3,7,8

¹Department of Bioengineering, University of Pennsylvania, ²Center for Neuroengineering and Therapeutics, University of Pennsylvania, ³Corporal Michael J. Crescenz Veterans Affairs Medical Center, ⁴Department of Materials Science and Engineering, Drexel University, ⁵A.J. Drexel Nanomaterials Institute, Drexel University, ⁶Department of Neurosurgery, University of Pennsylvania, ⁷Department of Neurology, University of Pennsylvania, ⁸Department of Physical Medicine and Rehabilitation

Chapters

Summary
Automatic Translation

English (Original)
العربية (Arabic)
中文 (Chinese)
dansk (Danish)
Nederlands (Dutch)
français (French)
Deutsch (German)
עברית (Hebrew)
हिंदी (Hindi)
italiano (Italian)
日本語 (Japanese)
한국어 (Korean)
norsk (Norwegian)
português (Portugese)
русский (Russian)
español (Spanish)
svenska (Swedish)
Türkçe (Turkish)

February 12th, 2020

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Vi beskriver her en metode til fremstilling Ti₃C₂ MXene mikroelektrode arrays og udnytte dem til in vivo neuraloptagelse.

Transcript

Denne syntese protokol producerer høj kvalitet MXene blæk med en metallisk ledningsevne, der når over 10,000 Siemens per centimeter. Den største fordel ved denne teknik er, at det muliggør præcis mikro-mønstre af MXene film uden at beskadige filmen eller efterlade skadelige rester på elektroderne. For at forberede en titanium hårdmetal blæk, langsomt tilføje to gram titanium aluminiumcarbid forløber til en 125 milliliter reaktion beholder, der indeholder selektiv ætsning løsning og rør opløsningen med en Teflon magnetisk bar i 24 timer ved 35 grader Celsius ved 400 rotationer i minuttet.

Ved inkubationens afslutning tilsættes der 50 milliliter deioniseret vand til to 175 millilitercentrifugerør, ætsningsreaktionsblandingen opdeles ligeligt mellem rørene og fyldes til 150 millilitermærket. Materialet vaskes ved gentagen centrifugering, hvor det sure supernatant dekanteres i en beholder til farligt plastaffald, og der tilsættes ferskvand til rørene mellem centrifugeringstrinnene, indtil supernatantopløsningens pH-værdi når over pH-6. Til mellemkalkning af molekylerne mellem flerlags MXene partikel til at svække ud af flyet interaktioner, tilsæt to gram lithiumchlorid til 100 milliliter deioniseret vand og rør opløsningen ved 200 rotationer i minuttet.

Når lithiumchlorid er opløst, blandes 100 milliliter af lithiumchloridopløsningen med titaniumcarbid titaniumcarbidsedimentet. Opløsningen overføres tilbage til plastbeholderen på 125 milliliter, og reaktionen omrøres i 12 timer ved 25 grader Celsius og 200 rotationer i minuttet. Ved delaminering fra bulk flerlagspartiklerne til enkelt til få lag titaniumcarbid MXene vaskes interkalationsopløsningen med flere centrifugeringer, hvor den klare supernatant dekanteres, indtil der observeres en mørk supernatant.

Derefter centrifuge den mørke supernatant i en time, før dekantere den fortyndede grønne supernatant. Halvisperse det hævede sediment med 150 milliliter deioniseret vand og opdele opløsningen ligeligt i tre 50 milliliter centrifugerør. Centrifuge prøverne til at adskille de resterende MXene sediment fra MXene supernatant og samle supernatanterne i en enkelt beholder.

Derefter centrifugeres løsningen i yderligere en time for yderligere størrelsesvalg og optimering af løsningen for at isolere enkelt til få lagflager. For titanium hårdmetal mikroelektrode array fabrikation, deponere en fire mikrometer tyk bund lag af Parylen-C på en ren silicium wafer. Hvis du vil bruge fotolitografi til at definere metalmønstre på waferen, skal du dreje frakkert på waferen ved 3.000 rotationer i minuttet i 40 sekunder, før den er blød bagning af waferen på en kogeplade i 14,5 minutter ved 95 grader Celsius.

Dernæst indlæse wafer og maskere en i en maske aligner med wafer placeret, så ringen på fotomasken overlapper med alle kanterne af wafer. Eksponere wafer med 365 nanometer bølgelængder af øjet linje på en 90 millijoule per centimeter kvadreret dosis og hårdt bage wafer på en varm plade i et minut ved 115 grader Celsius. I slutningen af den hårde bage, nedsænkes wafer i RD6 udvikleren i to minutter med kontinuerlig omrøring før skylning grundigt med deioniseret vand og føntørring med en nitrogen pistol.

Brug en elektronstrålefordamper til at deponere 10 nanometer titanium efterfulgt af 100 nanometer af guld på waferen. Derefter nedsænkes wafer i opløsningsmiddel stripper i ca 10 minutter, indtil fotoresist er opløst, og det overskydende metal er helt løftet af. Når liftoff vises komplet, sonikere wafer i 30 sekunder for at fjerne eventuelle resterende spor af uønsket metal og skyl wafer med frisk opløsningsmiddel stripper og deioniseret vand før tørring med en nitrogen pistol.

I slutningen af liftoff processen, vil guld være synlige i de ønskede sammenkobling spor og i ringen omkring kanten af wafer. Til aflejring af det hellige Parylen-C-lag skal waferen først udsættes for iltplasma i 30 sekunder for at gøre det underliggende Parylen-C-lag hydrofile, før spinbelægningen fortynder rengøringsopløsningen på waferen ved 1.000 rotationer i minuttet i 30 sekunder. Waferen lufttørres i mindst fem minutter, før tre mikrometer Parylen-C deponeres på waferen som påvist.

Efter en anden fotolitografirunde ved hjælp af maske to, skal du bruge iltplasma reaktiv ion ætsning til at ætse gennem offerparylen-C lag i de områder, der ikke er omfattet af fotoresisten til at definere MXen elektroder og spor. Ætsningen bør delvis overlappe med titanium guld sammenkoblinger samt ringen omkring kanterne af wafer. Brug derefter et profilometer til at måle profilen mellem de eksponerede titanium- og guldforbindelser og det nederste Parylen-C-lag for at bekræfte en komplet ætsning af det hellige Parylen-C-lag.

For at spinke MXene-opløsningen på waferen skal opløsningen først på hver af de ønskede MXene-mønstre, før waferen drejes ved 1.000 rotationer i minuttet i 40 sekunder. Tør wafer på en 120 grader Celsius varmeplade i 10 minutter for at fjerne eventuelle resterende vand fra MXene filmen derefter bruge en elektronstråle fordamper til at deponere en beskyttet 50 nanometer siliciumdioxid lag på wafer. For at fjerne det hellige Parylen-C lag, placere en lille dråbe deioniseret vand på kanten af wafer og bruge pincet til at skrælle op offerparylen-C lag startende fra, hvor kanterne af laget er defineret i ringen omkring ydersiden af wafer.

Skyl derefter waferen grundigt med frisk deioniseret vand for at fjerne eventuelle resterende rengøringsopløsningsrester og tør waferen med en nitrogenpistol. Placer den tørrede wafer på en 120 grader Celsius varmeplade i en time for at fjerne eventuelle resterende vand fra de mønstrede MXene film, før deponering en fire mikrometer tykt lag af Parylen-C på wafer som påvist. Efter at have udført en anden runde af fotolitografi med maske tre, skal du bruge en elektronstråle fordamper til at deponere 100 nanometer aluminium på wafer og nedsænke wafer i opløsningsmiddel stripper i 10 minutter, indtil metallet er helt løftet ud af wafer.

Efter sonikering, skylning og tørring som påvist, kan aluminium observeres dækker enhederne med åbninger til elektroder og limning puder. Brug iltplasma reaktiv ion ætsning til at ætse gennem Parylen-C lag omgiver enhederne og gennem den øverste Parylen-C lag dækker både MXene elektrode kontakter og guld limning puder. Når der ikke rester af parylen-C forbliver på waferen mellem enhederne, skal du bruge en våd kemisk ætsning i aluminiumsetchant type A ved 50 grader Celsius i 10 minutter, eller indtil det ene minut gik, når alle visuelle spor af aluminium er forsvundet.

For at ætse siliciumoxid, der dækker MXene elektroderne, bruge en våd kemisk ætsning i seks-til-en buffered oxid etchant i 30 sekunder. Derefter placere en lille dråbe deioniseret vand i slutningen af enheden. Forsigtigt skrælle op enheden som vand er ugudeligt under enheden ved kapillær handling for at frigive enheden fra silicium substrat wafer.

Her vises prøvemikro-elektrokorticografidata, der er registreret på et MXene mikroelektrodearray. Den formodede kortikale NED stater er baseret på lavpunktet af den langsomme svingning på en til to hertz. Efter anvendelse af elektrodearrayet på cortex blev der umiddelbart tydeligt tydelige fysiologiske signaler på optagelseselekterne med ca. en millivolt amplitude elektrocorikografisignaler, der vises på alle MXene-elektroderne.

Effektspektre af disse signaler bekræftede tilstedeværelsen af to hjernerytmer, der almindeligvis observeres hos rotter under ketamin dexmedetomidin anæstesi, en til to hertz langsomme svingninger og gammasvingninger ved 40 til 70 hertz. Derudover blev der observeret en signaturbredbåndseffektdæmpning under DOWN-tilstanden af den langsomme svingning og et selektivt 15 til 30 hertz beta-bånd og 40 til 120 hertz gammabåndseffektforstærkning under UP-tilstanden af den langsomme svingning. Optimering af syntesemetoden har gjort det muligt at udvide brugen af MXenes til andre applikationer såsom i optoelektroniske enheder, smarte tekstiler og meget mere.

Denne procedure indebærer brug af farlige kemikalier, herunder flussyre, aluminium etchant, og fotoresist udvikler. Sørg altid for at bruge den relevante PV, når du håndterer disse kemikalier.

X

Simple Hit Counter