Herramientas para el tratamiento superficial de microelectrodos intracorticales planos de silicio

Resumen

El presente protocolo describe herramientas para el manejo de microelectrodos intracorticales planos de silicio durante los tratamientos para la modificación de la superficie a través de la deposición de gas y las reacciones de solución acuosa. El ensamblaje de los componentes utilizados para manejar los dispositivos a lo largo del procedimiento se explica en detalle.

Resumen

Los microelectrodos intracorticales tienen un gran potencial terapéutico. Pero se enfrentan al desafío de una reducción significativa del rendimiento después de duraciones de implantación modestas. Un contribuyente sustancial a la disminución observada es el daño al tejido neural proximal al implante y la posterior respuesta neuroinflamatoria. Los esfuerzos para mejorar la longevidad del dispositivo incluyen modificaciones químicas o aplicaciones de recubrimiento en la superficie del dispositivo para mejorar la respuesta del tejido. El desarrollo de tales tratamientos superficiales generalmente se completa utilizando sondas "ficticias" no funcionales que carecen de los componentes eléctricos necesarios para la aplicación prevista. La traducción a dispositivos funcionales requiere una consideración adicional dada la fragilidad de las matrices de microelectrodos intracorticales. Las herramientas de manipulación facilitan en gran medida los tratamientos superficiales de los dispositivos ensamblados, especialmente para las modificaciones que requieren largos tiempos de procedimiento. Las herramientas de manipulación descritas aquí se utilizan para tratamientos superficiales aplicados a través de la deposición en fase gaseosa y la exposición a la solución acuosa. La caracterización del recubrimiento se realiza mediante elipsometría y espectroscopia de fotoelectrones de rayos X. Una comparación de los registros de espectroscopia de impedancia eléctrica antes y después del procedimiento de recubrimiento en dispositivos funcionales confirmó la integridad del dispositivo después de la modificación. Las herramientas descritas se pueden adaptar fácilmente para dispositivos de electrodos alternativos y métodos de tratamiento que mantienen la compatibilidad química.

Introducción

Los dispositivos neuroprotésicos tienen como objetivo restaurar las capacidades sensoriales y motoras deterioradas o ausentes en una amplia gama de poblaciones de pacientes, incluidos aquellos con lesión de la médula espinal, esclerosis lateral amiotrófica (ELA), parálisis cerebral y amputaciones ^1,2,3. Los microelectrodos intracorticales (IME) pueden establecer una vía de comunicación entre las neuronas corticales y los dispositivos utilizados para controlar las neuroprótesis. Una clara ventaja de los microelectrodos intracorticales es su capacidad para registrar señales neu....

Protocolo

Todos los archivos de codificación para impresión 3D se proporcionan en Archivos de codificación suplementarios 1-16. El análisis proporcionado en los resultados representativos se describe utilizando matrices de electrodos planos de silicio funcional adquiridos comercialmente (véase la Tabla de materiales).

1. Montaje de manipulación para deposición en fase gaseosa en un desecador al vacío

NOTA: El aparato ensamblado para manipular y mantener dispositivos durante la deposición en fase gaseosa se muestra en la Figura 3. Los pasos 1.1-1....

Resultados

Para demostrar el uso de los componentes de manipulación, se implementó la metodología descrita para adaptar la inmovilización de un mediador oxidante al silicio activado. La aplicación de esta química a los IME para reducir el estrés oxidativo fue ideada por Potter-Baker et al. y demostrada en sondas ficticias de silicio no funcionales⁴⁰. Este tratamiento superficial inmoviliza el antioxidante, MnTBAP, a la superficie de silicio activado por UV / ozono a través de la funcionalización.......

Discusión

El protocolo descrito fue diseñado para el tratamiento superficial de matrices de microelectrodos planos de silicio. Las herramientas impresas en 3D se personalizan para matrices de microelectrodos al estilo de Michigan con conectores de bajo perfil⁵⁰. Las sondas no funcionales se ensamblaron mediante la adhesión de una sonda de silicio a pestañas impresas en 3D utilizando un adhesivo biocompatible. Las pestañas impresas en 3D fueron diseñadas con dimensiones similares a los conectores incorp.......

Materiales

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