ליתוגרפיה של קרן יון ממוקדת לחרוט ננו-ארכיטקטורות למיקרואלקטרודות

Summary

הצגנו כי תחריט של הננו-ארכיטקטורה לתוך התקנים מיקרו-אלקטרודה תאיים עשוי להפחית את התגובה הדלקתית ויש לו את הפוטנציאל לשפר הקלטות אלקטרופיזיולוגיות. השיטות המתוארות כאן מתווה גישה לחרוט ננו-ארכיטקטורות לפני השטח של מיקרואלקטרודות שאינן תפקודי ופונקציונלי בודד.

Abstract

עם ההתקדמות בטכנולוגיית האלקטרוניקה והייצור, המיקרואלקטרודות התאיים עברו שיפורים משמעותיים המאפשרים ייצור של מיקרואלקטרודות מתוחכמות ברזולוציה גבוהה יותר ויכולות מורחבות. ההתקדמות בטכנולוגיית הייצור תמכה בפיתוח של אלקטרודות ביוגיתיים, המטרה לשלב בצורה חלקה לתוך המוח מקומכימה, להפחית את התגובה נוירודלקתית נצפתה לאחר החדרת אלקטרודה ולשפר את איכות ו אריכות ימים של הקלטות אלקטרופיזיולוגיות. כאן אנו מתארים פרוטוקול להעסיק גישה ביותונית שסווגו לאחרונה כננו אדריכלות. השימוש בליתוגרפיה של קרן יון ממוקדת (פרפור) היה מנוצל בפרוטוקול זה כדי לחרוט תכונות הננו אדריכלות מסוימים לתוך המשטח של לא פונקציונלי ופונקציונלי יחיד מיקרואלקטרודות מיקרו. חריטה ננו-ארכיטקטורות לתוך משטח האלקטרודה הצביעו על שיפורים אפשריים של תאימות ופונקציונליות של המכשיר מושתל. אחד היתרונות של שימוש פרפור הוא היכולת לחרוט על התקנים מיוצרים, בניגוד במהלך הייצור של המכשיר, הקלה על אפשרויות ללא גבולות כדי לשנות מכשירים רפואיים רבים שלאחר הייצור. הפרוטוקול המוצג במסמך זה יכול להיות מותאם עבור סוגי חומרים שונים, הננו-ארכיטקטורה תכונות, וסוגי התקנים. הגדלת פני השטח של מכשירים רפואיים מושתלים יכולה לשפר את ביצועי המכשיר ואת האינטגרציה לתוך הרקמה.

Introduction

מיקרואלקטרודות תאיים (IME) הן אלקטרודות פולשניות המספקות אמצעי ממשק ישיר בין התקנים חיצוניים לבין האוכלוסיות הנוירואליות בתוך קליפת המוח^1,2. טכנולוגיה זו היא כלי רב ערך עבור הקלטת פוטנציאל פעולה עצבית כדי לשפר את היכולת של מדענים לחקור פונקציה עצבית, הבנה מראש של מחלות נוירולוגיות ולפתח טיפולים פוטנציאליים. מיקרואלקטרודה תאיים, משמש כחלק מערכות ממשק המוח (BMI), מאפשר הקלטה של פוטנציאל פעולה מקבוצות יחיד או קטן של נוירונים כדי לזהות כוונות מוטוריות שניתן להשתמש כדי לייצר פלטי פונקציונלי³. למעשה, מערכות BMI בהצלחה שימשו למטרות תותבות וטיפוליות, כגון רכשה sensorimotor בקרת קצב להפעלת סמן מחשב בחולים עם טרשת לרוחב amyotrophic (ALS)⁴ ופציעות חוט השדרה⁵ ושחזור התנועה אצל אנשים הסובלים tetraplegia כרונית⁶.

למרבה הצער, עורכי שיטות קלט אינם מצליחים להקליט בעקביות לאורך זמן עקב מצבי כשל מספר הכוללים גורמים מכניים, ביולוגיים וחומריים^7,8. התגובה נוירודלקתית המתרחשת לאחר השתלת האלקטרודה נחשבת לאתגר ניכר לתרום כישלון אלקטרודה^{9,10,11,12,13,14}. התגובה נוירודלקתית היא ביוזמת במהלך הכניסה הראשונית של ה-IME אשר מנתקת את מכשול המוח בדם, נזקים המוח המקומי בתוך כימומה ומשבש את הרשתות גליה והנוירואליות^15,16. זו תגובה חריפה מאופיין על ידי הפעלת תאים גליה (microglia/מקרופאגים ו astrocytes), אשר שחרור pro דלקתית מולקולות נוירומורביות סביב האתר שתל^17,18,19,20. הפעלה כרונית של תאים גליה תוצאות תגובת גוף זר מאופיין על ידי היווצרות של צלקת גליה בידוד אלקטרודה מרקמת מוח בריא^{7,9,12,13,17,21,22}. בסופו של דבר, הינדרינג היכולת של האלקטרודה להקליט פוטנציאל הפעולה העצבי, בשל המכשול הפיזי בין האלקטרודה לבין הנוירונים ואת ניוון ומוות של נוירונים^23,24,25.

הכישלון המוקדם של המיקרואלקטרודות התאיים הביא למחקר רב בהתפתחות של אלקטרודות הדור הבא, עם דגש על אסטרטגיות ביואיטיים^{26,27,28,29,30}. עניין מיוחד לפרוטוקול המתואר כאן, הוא השימוש בננו-ארכיטקטורה כמחלקה של שינויים משטח ביואידיני עבור עורכי שיטות ה^-31. זה כבר הוקם כי משטחים מחקה את הארכיטקטורה של הטבע בסביבה vivo יש תגובה סתיימים משופר^{32,33,34,35,36}. לפיכך, ההשערה משכנעת פרוטוקול זה הוא כי הניתוק בין הארכיטקטורה הגסה של רקמת המוח והארכיטקטורה החלקה של המיקרואלקטרודות התאיים עשוי לתרום לתגובת גוף האדם הנוירודלקתית וכרונית ל-Ime (לסקירה מלאה מתייחסים לקים et al.³¹). בעבר הצגנו כי ניצול של התכונות ננו-ארכיטקטורה דומה האדריכלות של המוח מטריתאי מטריקס מפחית את סמנים דלקתיים האסטרוציטוט מן התאים המתורבתות על מצעים ננו-אדריכלי, לעומת משטחי שליטה שטוח הן מודלים vivo מבחנה לשעבר ומדגמים של נוירודלקת^37,38. יתר על כן, הצגנו את היישום של קרן יון ממוקדת (פרפור) להדפס לחרוט ננו-ארכיטקטורות ישירות על בדיקה סיליקון הביא באופן משמעותי הכדאיות העצבית מוגברת ביטוי נמוך יותר של גנים אנטי דלקתיות מבעלי חיים מושתל עם בדיקה ננו אדריכלות בהשוואה לקבוצה בקרת חלקה²⁶. לפיכך, מטרת הפרוטוקול המוצג כאן היא לתאר את השימוש בליטוגרפיה פרפור כדי לחרוט ננו-ארכיטקטורות על מכשירים מיקרואלקטרודה מתוצרת תאיים. פרוטוקול זה נועד לחרוט ננו אדריכלות בגודל תכונות לתוך משטחי סיליקון של שאנקס מיקרואלקטרודה תאיים ניצול הן אוטומטי וידני תהליכים. שיטות אלה אינן מסובכת, מיוחלות, והוא יכול בהחלט להיות ממוטב עבור חומרי התקן שונים בגדלים תכונות הרצוי.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

הערה: בצע את השלבים הבאים תוך לבישת ציוד ההגנה האישי המתאים, כגון חלוק מעבדה וכפפות.

1. הרכבה ללא פונקציונלי בדיקה סיליקון עבור קרן יון ממוקד (פרפור) ליתוגרפיה

הערה: עבור ההליך המלא המתאר את הייצור של וופל SOI עם 1,000 הבדיקות, אנא פנה אל Ereifej ואח '³⁹.

1. לבודד רצועה של 2-3 בדיקה סיליקון מן הסיליקון על מבודד (SOI) וופל המכיל 1,000 בדיקה. אין ליצור רצועות המכילות יותר משלושה בדיקה סיליקון. זה עשוי להגדיל את הסיכויים הרכבה רופף עלול לגרום חוסר יישור וכתוצאה מכך לחרוט בצורה שגויה.
   הערה: רצועות/רגשים לא באופן יציב על stub אלומיניום יכול לגרום שני סיבוכים: 1) כאשר השלב עובר לעבוד על הסעיף הבא, יהיו תנודות הטחינה לא יהיה מדויק עד הבדיקה מתיישב 2) זה יכול לגרום וריאציה גבוהה ולהיות מחוץ למישור המיקוד.
   1. בעוד ללבוש כפפות, להשתמש מלקחיים עדינים להפעיל לחץ סביב הגששים כדי לשבור מקטע קטן המכיל שניים עד שלושה ברגשים.
2. נקו בזהירות את בדיקת הסיליקון של כל האבק והפסולת לפני תחריט פרפור. הכינו 6 הצלחות קלקר על ידי ליטוף 3 מ ל/טוב של 95% אתנול לתוך שלוש בארות.
   1. בזהירות להרים את רצועת לחתוך של בדיקה סיליקון באמצעות טיפ דק או מלקחיים ואקום ולמקם אותו לתוך מסננת תאים. מניחים רק רצועה אחת של הבדיקות סיליקון לכל מסננת כדי למנוע שבירת הבדיקות. מניחים את הסננת המכילה את הרצועה בדיקה סיליקון לתוך הבאר הראשונה המכילה 95% אתנול לניקוי. לשמור על מסננת בבאר הראשונה עבור 5 דקות.
   2. להעביר את המיסננת המכילה את הבדיקות סיליקון מן הבאר הראשונה ולמקם אותו לתוך השני היטב המכיל 95% אתנול במשך 5 דקות נוספות. חזור פעם נוספת. בבאר השלישית
   3. מניחים את הסננת המכיל את בדיקה סיליקון מנוקה על צלחת פוליארבאואתילן לאוויר יבש. עשה את הצעד הזה בשכונה סטרילית. כדי למנוע זיהום מאבק
3. מניחים את רצועת האוויר היבש של הבדיקות הסיליקון במיכל אטום להובלה ל-SEM-פרפור. עוטפים את מסננת המכיל את הדגימות אוויר מיובש עם ניילון או אלומיניום לעטוף נייר להובלה ו/או אחסון כדי לשמור על ניקיון.
4. השתמש עדין או מלקחיים ואקום כדי להרים בזהירות את הרצועה נקי של בדיקה סיליקון ומניחים אותם על stub אלומיניום נקי (משמש הדמיה SEM-פרפור/תחריט) כדי להתכונן להרכבה.
5. השתמש קיסם (או מכשיר מצוין אחר כמו חוט חשמלי דק), למקום טיפה זעירה (~ 10 μL) של צבע כסף על קצה מצע הסיליקון סביב הגששים. לאבטח את הרצועה על ידי הפצת צבע כסף סביב הצדדים של מצע הסיליקון סביב הגשוש. הניחו לצבע הכסוף להתייבש לגמרי לפני הצבת ספח האלומיניום לתוך ה-SEM-פרפור.
   הערה: היזהרו לא לקבל צבע כסף על הסכין של האלקטרודה כי זה החלק כי יהיה חרוט. אם רצועת הבדיקות אינה מעוגנת באופן מאובטח לספח אלומיניום, רצועת עשוי לנוע במהלך העיבוד או יש מטוס מוקד אחר, ובכך וכתוצאה מכך כרסום שגוי על ידי פרפור. כמה רצועות של בדיקה סיליקון ניתן לרכוב על stub אלומיניום אותו, וודא שיש רווח בשפע בין הרצועות כדי לאפשר הסרה של stub לאחר תחריט. הדבר יאפשר חריטה יעיל יותר של מספר רב של רגשים באמצעות התכונה האוטומטית המתוארת להלן.

2. יישור פרפור לבדיקות סיליקון

1. לחץ על כפתור פתח בלשונית בקרת הקורה לפרוק את התא. הקש Shift + F3 כדי לבצע את השלב הביתי. אשר את הבחירה על-ידי בחירה בלחצן ' שלב הבית ' בחלון המוקפץ.
   הערה: הפעלת השלב הביתי היא צעד מונע כדי להבטיח שציר השלב ייקרא כהלכה על-ידי התוכנה והמיקרוסקופ במצב טוב.
2. לאחר השלמת השלב הביתי, הזז את השלב לקואורדינטות X = 70 מ"מ, Y = 70 מ"מ, Z = 0 מ"מ, T = 0 °, R = 0 °. לאחר פרקו החדר, הכניסו כפפות ניטריל נקיות ופתחו את דלת החדר.
   הערה: בהתאם ליישום המשתמש הקודם, ייתכן שיהיה צורך לשנות את מתאם השלב. מתאמי הבמה הסטנדרטיים (למשל, בסגנון פיי) ניתן להסיר על ידי הסרת הדופק המרכזי נגד כיוון השעון ומותקן על ידי עם כיוון השעון לתוך צלחת סיבוב של הבמה.
3. הכנס את ספח האלומיניום המחזיק את הגששים לחלק העליון של מתאם הבמה. אבטח את stub האלומיניום על-ידי הידוק הבורג הקבוע בצד מתאם השלב. השתמש במפתח הברגים ההקסדצימליים 1.5 mm עבור משימה זו.
4. התאם את גובה מתאם השלב על-ידי הפיכת המתאם כיוון השעון לנמוכה יותר או כנגד כיוון השעון כדי להעלות אותו. אבטח את מתאם הבמה לצלחת הסיבוב על ידי הפעלת האגוז הנועל בכיוון השעון עד האגוז מאובטח נגד צלחת סיבוב הבמה. החזק את מתאם הבמה ביד השנייה כדי למנוע את סיבוב המתאם והדגימות תוך הידוק אגוז הנעילה של האצטרובל.
   הערה: השתמש במד הגובה שסופק כדי לקבוע את הגובה המתאים. החלק העליון של stub האלומיניום צריך להיות בגובה זהה לקו המקסימום המוצג על מד הגובה. במהלך הידוק אגוז קונוס יכול לגרום נזק לבמה ומתאם. תשתמש במספיק כוח. כדי לאבטח את הדגימות
5. לרכוש תמונת מצלמת ניווט. הנדנדה בזהירות את הזרוע מצלמת הניווט פתוח עד שהוא עוצר. שלב המיקרוסקופ יהיה באופן אוטומטי עבור מיקום מתחת למצלמה. צפה בתמונה החיה המוצגת ברביע 3 של ממשק המשתמש של המיקרוסקופ (UI).
   1. לאחר שרמת הבהירות אוטומטית מתאימה לרמה המתאימה, השג את התמונה על-ידי דחיפת הלחצן למטה במסגרת הכן של המצלמה. הקפד להמתין לסיום רכישת התמונה כולה, המצוינת על-ידי סמל הפסקה המופיע ברביע 3 וההארה של המצלמה מבוטלת. . זה לוקח בערך 10 ס מ הנדנדה את זרוע המצלמה חזרה למצב סגור. . הבמה תחזור לתנוחה המקורית
6. סגור בזהירות את דלת תא המיקרוסקופ. צפה תמונת מצלמה CCD ברביע 4 בעת סגירת הדלת. ודא כי דגימות והבמה הם מרחק בטוח הרחק מכל מרכיב קריטי בחדר המיקרוסקופ.
7. בחר את החץ למטה שליד הלחצן משאבה בכרטיסיה בקרת הקרן. בחר משאבה עם לחצן ניקוי לדוגמה בתוכנת UI כדי להפעיל את משאבת ואקום קאמרית בנוי מנקה פלזמה. ודא שהדלת אטומה על-ידי דחיפה עדינה על פני הדלת כאשר המשאבה פועלת. המתן כ 8 דקות עבור זמן שאיבה וניקוי מחזור פלזמה לחדר המיקרוסקופ להסתיים.
   הערה: ניתן לאשר באמצעות משיכת בעדינות את דלת החדר, שעליה להישאר סגורה אם המערכת נמצאת תחת ואקום.
8. לאחר שהסמל בפינה הימנית התחתונה של ממשק המשתמש הופך לירוק, לחץ על לחצן ההתעוררות בלשונית בקרת הקרן אשר מפעילה את האלקטרון ואת קרני היונים. בחר ברביע 1 והגדר את אות הקרן לקרן האלקטרונים (אם לא נקבעה כבר), הגדר רביע 2 לקרן יון (אם לא נקבעה כבר).
   1. הגדר מתח SEM כדי 5 kV, להגדיר את קרן SEM הנוכחי 0.20 nA, להגדיר גלאי SEM כדי ETD, להגדיר מצב גלאי אלקטרון משני. הגדר מתח פרפור כדי 30 kV, הגדר קרן פרפור הנוכחי 24 הרשות, הגדר גלאי פרפור כדי גלאי קרח, להגדיר מצב גלאי לאלקטרון המשני.
9. לחץ פעמיים על בדיקה סיליקון בתמונה המצלמה ניווט, רביע 3 כדי להזיז את הבמה למיקום משוער של הגשוש. לחץ על רביע 1 כדי לבחור אותו כמו רביע פעיל ולחץ על כפתור ההשהיה כדי להפעיל את הסריקה SEM. הגדר את זמן הסריקה עד 300 ns וביטול שילוב הסריקה, שילוב שורות ומסגרת בממוצע. הגדר את סיבוב הסריקה ל-0 בכרטיסיה בקרת הקרן ולחץ לחיצה ימנית על מתאם הקרן הדו ובחר באפס.
10. כוונן את ההגדלה לערך המינימלי על-ידי הפיכת כפתור ההגדלה נגד כיוון השעון בחלונית MUI. התאימו את בהירות התמונה והניגודיות בעזרת הידיות בחלונית MUI או בסמל סרגל הכלים ' בהירות ניגודיות אוטומטית '.
11. להזיז את השלב על ידי כפול שמאלה-לחיצה על העכבר על תכונה כדי למרכז אותו, או על ידי לחיצה על גלגל העכבר והפעלת מצב העכבר ג'ויסטיק. להעביר את בדיקת הסיליקון הרצויה כדי להיות בדוגמת למרכז של תמונת SEM.
12. אתר קצה או תכונות אחרות כגון חלקיק אבק או שריטה. הגדל את ההגדלה ל-2, 000x על-ידי הפיכת כפתור ההגדלה לכיוון השעון. כוונן את המיקוד של ה-SEM על-ידי הפיכת ידיות המיקוד הגסים והעדינים ב-MUI עד להתמקדות בתמונה. לאחר שהתמונה ממוקדת, בחרו בדגימת הקישור Z ללחצן ' מרחק עבודה ' בסרגל הכלים.
13. ודא שהפעולה הושלמה על-ידי התבוננות בקואורדינטות של ציר Z בכרטיסיית הניווט. הערך צריך להיות כ 11 מ"מ. סוג ב 4.0 mm במיקום הציר Z ולדחוף את הלחצן Go אל עם העכבר או ללחוץ על מקש enter במקלדת ואת השלב תעבור מרחק עבודה 4 מ"מ.
14. להזיז את השלב X ו-Y כדי לאתר את הכתף של לווין הסיליקון. מקם אותו קרוב למרכז ה-SEM ככל האפשר. לשנות את ההטיה בשלב 52 ° על ידי הקלדת "52" ב קואורדינטת T ו להכות להיכנס. שים לב אם הכתף של המקדח מופיע למעלה או למטה בתמונה. השתמש במחוון ' שלב Z ' כדי להביא את הכתף של המקדח חזרה למרכז תמונת ה-SEM. כוונן רק את מיקום Z, אל תזיז את הציר X, Y, T או R.
15. הפעל את הפקודה המוכללת "xT ליישר תכונה" הממוקמת בתפריט הנפתח בשלב. להשתמש בעכבר כדי ללחוץ על שתי נקודות במקביל לקצה של הגשוש. ודא שלחצן האפשרויות האופקי נבחר בחלון המוקפץ ולחץ על סיום. השלב יסתובב כדי ליישר את הגשוש עם ציר X של הבמה. כוונן את השלב ב-X, Y באמצעות העכבר כדי לשים את הכתף התחתונה של הגשוש במרכז תמונת ה-SEM שוב.
    הערה: הנקודה הראשונה צריכה להיות לכיוון אחיזת המקדח והנקודה השנייה צריכה להיות לכיוון נקודת הבדיקה.
16. בחר את פרפור ברביע 2 וודא שהזרם הנוכחי הוא עדיין 24 pA. הגדר את ההגדלה ל-5, 000x וזמן ההתעכב על 100 ns. הקלד Ctrl-F בלוח המקשים כדי להגדיר את המוקד פרפור ל 13.0 מ"מ. בכרטיסיה בקרת הקורה, לחץ לחיצה ימנית במתאם stigmator 2d ובחר באפס וגם, לחץ לחיצה ימנית במתאם הקרן Shift דו-ממדי ובחר באפס. הגדר את סיבוב הסריקה ל-0 ° ולאחר מכן לחץ על לחצן בהירות הניגודיות האוטומטית בסרגל הכלים.
17. חפשו תמונה של הכתף של המקדח ברביע 2. השתמש בכלי תצלום בזק כדי לרכוש תמונה עם ה-פרפור. לאשר את הכתף הבדיקה היא במרכז התמונה פרפור, אם לא, לחץ פעמיים על הכתף בדיקה כדי להעביר אותו למרכז. הזז את השלב שמאלה על ידי דחיפת מקש החץ השמאלי במקלדת כ 10-15 פעמים. צלם תמונה אחרת ובדוק אם צד הגשוש עדיין נמצא במרכז ה-פרפור.
    הערה: אם לא, סיבוב הבמה חייב להיות מותאם מעט. אם הגשוש נמצא מעל למרכז התמונה, יש לסובב את הבמה בכיוון השלילי. אם הגשוש נמצא מתחת למרכז, יש לסובב את הבמה בכיוון השעון. הזן סבב compucentric מוקד יחסית של 0.01 עד 0.2 מעלות בהתאם לדרך הנחוצה כדי ליישר את הגשוש.
18. חזור על שלבים 2.16 כדי 2.17 פעמים רבות ככל הנדרש עד קצה הכתף בדיקה הוא מיושר לחלוטין עם ציר X של הבמה, (הקצה נשאר במרכז של פרפור תוך כדי תנועה שמאלה).
19. באמצעות פרפור, להזיז את הבמה בחזרה לכתף התחתונה של הגשוש. שמור את מיקום הבמה ברשימת המיקום על-ידי לחיצה על לחצן הוסף . לשנות את קרן פרפור הנוכחי כדי 2.5 nA ולוודא את ההגדלה של פרפור עדיין 5000x. הפעל את פונקציית הניגודיות של הבהירות האוטומטית והגדר את הזמן להתעכב על 100 ns.
20. להכות את כפתור ההשהיה כדי להתחיל סריקה. כוונן את המיקוד והאסטיציה, במהירות האפשרית, תוך שימוש בידיות המיקוד הגסים והעדינים, ובידיות הstigmator X ו-Y בלוח MUI. להכות את כפתור ההשהיה כדי לעצור את סריקת פרפור.

3. כתיבת תהליך אוטומטי לתחריט

1. הפעל את התוכנה על-ידי איתור הקובץ בתפריט התחל של Windows (כלומר, הפעלה/מתכנתים/החברה/היישום S\tempanes). הצב את חלון התוכנה בצג הצדדי כך שממשק המשתמש לא יהיה מכוסה. פתח את הקובץ לצורך בדיקה של הבדיקות הסיליקון על-ידי לחיצה על קובץ ולאחר מכן פתיחה. הפנה את דפדפן windows למיקום קובץ ה-script של התוכנה (קובץ משלים 1 -שם הקובץ הוא "Case_Western_2000_micron_Final_11H47M_runtime. jbj").
2. בתוך התוכנה, בחר את התפריט הנפתח מיקרוסקופ ובחר Set מקור הבמה. בתוך התוכנה, בחר את התפריט הנפתח מיקרוסקופ ולאחר מכן בחר כיול גלאים.
3. על מיקרוסקופ UI, לחץ בתוך Quad 1 פעם עם העכבר כדי לבחור Quad 1. התעלם מההוראות האחרות המוצגות בחלון המוקפץ, הן אינן נחוצות עבור פרוייקט זה. לחץ על אישור כדי להפעיל את הכיול. התהליך ייקח בערך 5 דקות. לוודא שגלאי הקרח והגלידה. זה בסדר אם לגלאים אחרים. יש כשלים בכיול
4. בתוך התוכנה, בחר את התפריט הנפתח מיקרוסקופ ובחר להפעיל כדי להתחיל את רצף הלחץ. כשהתבנית תושלם, סגור את התוכנה.
   הערה: התוכנה תיקח למעלה מ-3 ו-4 עבור פונקציות ההיערכות והיישור. . התסריט ייקח כ -12 שעות לרוץ בזמן שהתסריט פועל, אל תשנה שום פרמטר במיקרוסקופ.
5. Hit "פורקן" בתוך המיקרוסקופ ממשק משתמש בקרת קרן לכבות את קורות המיקרוסקופ ולהתחיל את מחזור האוורור. בעוד החדר הוא אוורור, להזיז את הבמה לקואורדינטות X = 70 מ"מ, Y = 70 mm, Z = 0 מ"מ, T = 0 °, R = 0 °. לאחר פרקו החדר, הניחו את כפפות הניטריל הנקיות ופתחו את דלת החדר.
6. שחרר את הבורג שנקבע במתאם ה-stub באמצעות מפתח הברגים הקסדצימאלי של 1.5 מ"מ. הסר את stub אלומיניום המכיל את המקדח בדוגמת מהחדר. סגור בזהירות את דלת תא המיקרוסקופ. צפה תמונת מצלמה CCD ברביע 4 בעת סגירת הדלת. ודא שמתאם הבמה הוא מרחק בטוח הרחק מרכיב קריטי כלשהו בחדר המיקרוסקופ.
7. בחר את החץ למטה לצד לחצן המשאבה בכרטיסיה בקרת הקרן. בחר משאבת כפתור כדי להתחיל את המשאבה ואקום קאמרית. ודא שהדלת אטומה על-ידי דחיפה עדינה על פני הדלת כאשר המשאבה פועלת.
   הערה: ניתן לאשר באמצעות משיכת בעדינות את דלת החדר, שעליה להישאר סגורה אם המערכת נמצאת תחת ואקום. זמן השאיבה יהיה 5 דקות בקירוב. רק צד אחד של החללית יכול להיות חרוט במהלך ריצה אחת.
8. אם החלק הקדמי והאחורי של המכשיר דורש תחריט, ולאחר מכן להסיר בזהירות את הרצועה החרוטה של בדיקות סיליקון לאחר בדיקת החרוט הסופי והדמיה בצד הקדמי (אם יש צורך בתמונות). מתמוסס את צבע הכסף עם אצטון, על ידי בזהירות באמצעות בינג/צחצוח אצטון על צבע כסף. בזהירות להפוך את הרצועה סביב האחורי, לטעון מחדש, ליישר לחרוט בעקבות השלבים המתוארים לעיל.

4. בדיקת האיכול הסופי והדמיה

1. לאחר הטחינה להשלים לוודא את אחידות של סעיפים שונים באמצעות הדמיה SEM בהגדלה גבוהה יותר.
   הערה: הדמיה בזווית מוטה מאפשרת הערכה טובה יותר של הווריאציה בעומק הטחינה. תשומת לב מיוחדת תינתן לאזורי המעבר בין מיקומי הטחינה.
2. התמונה הדגימות שוב לאחר הטחינה עם מיקרוסקופ אופטי.
   הערה: הקווים התקופתיים משפיעים על אפקט שבירה המעניק צבעים שונים כפונקציה של זווית ההדמיה. אם הצבע אינו רציף יחד עם החללית כי הוא אינדיקציה ברורה של ההפרעה בקווים המוחלק.

5. הרכבה בדיקה סיליקון פונקציונלי עבור תחריט פרפור

1. הסר בעדינות את אלקטרודה הסיליקון הפונקציונלית מאריזתו. השתמש מלקחיים כדי להרים בזהירות את הכרטיסייה מגן פלסטיק המכסה את הראש בשלב. התחל להרים פינה אחת של הלשונית למעלה מהדבק הדביק המחזיק אותו במקומו והמשך להרים עד שכל האלקטרודה תוסר.
2. בזהירות להדק את האלקטרודה עם הומוסטטיסטיקה כדי להתכונן להרכבה לתוך מסגרת סטריאוטקאית. בעוד מחזיק את הלשונית מכוסה עם מלקחיים, בעדינות המקום מעוקל הפסטטיסטיקה סביב הפיר הירוק מעל הצינור סיליקון, עם החלק העקום של הפסטטיסטיקה פונה כלפי מעלה לכיוון הלשונית. נעל את הדימום במקום כדי להבטיח את האלקטרודה לא לנשור מ הדימום.
3. הסר בעדינות את כרטיסיית ההגנה הפלסטית המכסה את השלב הראשי. בזמן החזקת האלקטרודות עם הדימום, הצמד בזהירות את האלקטרודה לתוך המסגרת הסטריאוטקלית לניקוי.
4. מילוי 3 צלחות פטרי עם 95% אתנול (~ 10 מ"ל לכל צלחת פטרי). מניחים את צלחת פטרי תחת האלקטרודה שנטענה לתוך המסגרת הסטריאוטקאית לניקוי. הנמך את האלקטרודה באיטיות על-ידי הפיכת המיקרומניפולציה כלפי מטה (100 μm/s) כך שהלהב מתחת לפני האתנול של 95%.
   הערה: היזהרו לא להפוך את המיקרומניפולציה מהר מדי או עמוק מדי, זה יכול לגרום האלקטרודה לשבור (כלומר, האלקטרודה לא צריך לגעת צלחת פטרי).
5. להשאיר את הסכין האלקטרודה ב 95% אתנול עבור 5 דקות, ולאחר מכן להעלות באיטיות את האלקטרודה מתוך 95% אתנול על ידי הפיכת המיקרומניפולציה כלפי מעלה (100 μm/s). חזור על שלב זה פעמיים נוספות, עבור סך של שלוש שטיפות. הניחו לאלקטרודות להתייבש באוויר למשך חמש דקות.
6. השתמש באותה טכניקה להרכבת האלקטרודה לתוך המסגרת הסטריאוטקאית, כדי להסיר את האלקטרודה מהמסגרת הסטריאוטקאית. הציבו בזהירות את הפסטטיסטיקה סביב פיר האלקטרודה. לאחר ההחזרי המים, שחררו את האלקטרודה מהמסגרת הסטריאוטקאית, החזר את כרטיסיית ההגנה הפלסטית המכסה את השלב הראשי, והחזר את האלקטרודות הנקובות לתוך האריזה.

6. תחריט בדיקה סיליקון פונקציונלי באמצעות פרפור

1. הר האלקטרודות התפקודית הפונקציונלי ניקוי על דוכן אלומיניום. בזהירות להרים את האלקטרודה הפונקציונלית סיליקון פונקציונלי באמצעות מלקחיים ולהסיר את הלשונית מגן מן הבמה. מניחים את סכין האלקטרודה על stub אלומיניום כך שהוא לא נתלה על כל קצה, ולאחר מכן באמצעות חתיכה קטנה של הקלטת Cu או פחמן מוליך, להצמיד את השלב הקדמי באופן מאובטח stub אלומיניום.
   הערה: לחלופין, מחזיק מחסנית פרופיל נמוך יכול לשמש כדי להחזיק את האלקטרודה למטה. להיזהר לא לגעת בסכין האלקטרודה.
2. בעקבות השלבים המתוארים לעיל (סעיף 2), הצב את האלקטרודה בגובה המימוקד וודא שהאלקטרודה נמצאת בנקודת הצירוף של הקורות ה-SEM ו-פרפור. יישר את הסכין עם כיוון האיקס של הבמה.
3. הגדר את ה-פרפור לזרם האופטימלי לטחינת הדרוש את הננו-ארכיטקטורה וודא שהמוקד והstigmation תוקנו כראוי. הכן מערך קווים עם הריווח והאורך הרצוי כדי לכסות את שדה התצוגה של הסכין (500 יקרומטר סעיפים). כוונן את אורכי השורה כתחריט מקבל את הלהב למקטעים דקים יותר.
   הערה: בעת צריבה של האלקטרודה הפונקציונלית, לא ניתן להוסיף fiducial סימונים כדי להפוך את התהליך לאוטומטי. לכן, הזזת בין מקטעי המשנה (~ 500 μm) מתבצעת באופן ידני.
4. לאחר הטחינה של החלק הראשון, הקפידו לבדוק את איכות הטחינה לפני המעבר לחלק הבא. חזור על שלב 6.3 כדי לחרוט את החלק הבא של הסכין. יישר את הקווים המ, מהמקטע הקודם לתבניות המשמשות למקטע הבא כדי למנוע מרווחים גדולים בין הרצפים.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

תוצאות

פרפור-אדריכלות בעיצוב ננו-ארכיטקטורה על משטחים של שאנק בודד רגשים
ניצול השיטות המתוארות כאן, הבדיקות התאיים היו חרוטים עם ננו-ארכיטקטורות ספציפיות בעקבות פרוטוקולים שנקבעו³⁹. הממדים והצורה של העיצוב ננו-אדריכלות המתוארים בשיטות אלה יושמו מן הקודם בתוצאות מחוץ לגו...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

פרוטוקול הייצור המתואר כאן משתמש ליתוגרפיה ממוקדת קרן יון כדי להפוך ביעילות והשבוק ננו-ארכיטקטורות לתוך המשטח של שאינו פונקציונלי ופונקציונלי יחיד מיקרואלקטרודות סיליקון. קרן יון ממוקדת (פרפור) ליתוגרפיה מאפשר אבלציה סלקטיבית של משטח המצע באמצעות קרן יון ממוקדת דק^50,

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
16-Channel ZIF-Clip Headstage	Tucker Davis Technologies	ZC16	The headstage and headstage holder may need to be changed, depending on the electrode used. https://www.tdt.com/zif-clip-digital-headstages.html
1-meter cable, ALL spring wrapped	Thomas Scientific	1213F04	Any non treated petri dish will suffice. https://www.thomassci.com/Laboratory-Supplies/Cell-Culture-Dishes/_/Non-Treated-Petri-Dishes?q=petri%20dish%20cell%20culture
32-Channel ZIF-Clip Headstage Holder	Tucker Davis Technologies	Z-ROD32	The headstage and headstage holder may need to be changed, depending on the electrode used. https://www.tdt.com/zif-clip-digital-headstages.html
Acetone, Thinner/Extender/Cleaner, 30ml	Ted Pella	16023	https://www.tedpella.com/SEMmisc_html/SEMpaint.htm#anchor16062
Baby-Mixter Hemostat	Fine Science Tools	13013-14	Any curved hemostat will suffice. https://www.finescience.com/en-US/Products/Forceps-Hemostats/Hemostats/Baby-Mixter-Hemostat
Carbon Conductive Tape, Double Coated	Ted Pella	16084-7	The protocol suggested three options for mounting the functional electrode to the aluminum stub (copper or carbon conductive tape or a low profile clip. We utilized the carbon conductive tape in our study. https://www.tedpella.com/semmisc_html/semadhes.htm
Corning Costar Not Treated Multiple Well Plates - 6 well	Sigma Aldrich	CLS3736-100EA	Any non-treated 6 well plate will suffice. https://www.sigmaaldrich.com/catalog/substance/
Dumont #5 Fine Forceps	Fine Science Tools	11251-30	Either this fine forceps or the vacuum pump will suffice. https://www.finescience.com/en-US/Products/Forceps-Hemostats/Dumont-Forceps/Dumont-5-Forceps/11251-30
Ethanol, 190 proof (95%), USP, Decon Labs	Fisher Scientific	22-032-600	Any 95% ethanol will suffice. https://www.fishersci.com/shop/products/ethanol-190-proof-95-usp-decon-labs-10/22032600
Falcon Cell Strainer	Fisher Scientific	08-771-1	https://www.fishersci.com/shop/products/falcon-cell-strainers-4/087711
FEI, Tescan, Zeiss (also for Philips, Leo, Cambridge, Leica, CamScan), aluminum, grooved edge, Ø32mm	Ted Pella	16148	Depending on the SEM machine used, you may need a different size stub. https://www.tedpella.com/SEM_html/SEMpinmount.htm#_16180
Fisherbrand Aluminum Foil, Standard-gauge roll	Fisher Scientific	01-213-101	Any aluminum foil will suffice. https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-aluminum-foil-7/p-306250
Fisherbrand Low- and Tall-Form PTFE Evaporating Dishes	Fisher Scientific	02-617-149	Any Teflon plate will suffice, this is used to dry the probes after washing on a surface they will not stick onto. https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-low-tall-form-ptfe-evaporating-dishes-12/p-88552
Michigan-style silicon functional electrode	NeuroNexus	A1x16-3mm-100-177	http://neuronexus.com/electrode-array/a1x16-3mm-100-177/
Model 1772 Universal holder	KOPF	Model 1772	Other stereotaxic frames and accessories will suffice. http://kopfinstruments.com/product/model-1772-universal-holder/
Model 900-U Small Animal Stereotaxic Instrument	KOPF	Model 900-U	Other stereotaxic frames and accessories will suffice. http://kopfinstruments.com/product/model-900-small-animal-stereotaxic-instrument1/
Model 960 Electrode Manipulator with AP Slide Assembly	KOPF	Model 960	Other stereotaxic frames and accessories will suffice. http://kopfinstruments.com/product/model-1772-universal-holder/
Parafilm M 10cm x 76.2m (4" x 250')	Ted Pella	807-5	https://www.tedpella.com/grids_html/807-2.htm
PELCO Vacuum Pick-Up System, 220V	Ted Pella	520-1-220	Either this vacuum pump or the fine forceps will suffice. http://www.tedpella.com/grids_html/Vacuum-Pick-Up-Systems.htm#anchor-520
PELCO Conductive Silver Paint	Ted Pella	16062	https://www.tedpella.com/SEMmisc_html/SEMpaint.htm#anchor16062
SEM FIB FEI Helios 650 Nanolab	Thermo Fisher Scientific	Helios G2 650	This is the specific focused ion beam and scanning electron microscope used in the protocol. The Nanobuilder software is what it comes with. If a different FIB instrument is used, it may not be completely compatible with the protocol, specifically the steps requiring the Nanobuilder software. https://www.fei.com/products/dualbeam/helios-nanolab/