Name: focused ion beam lithography to etch nano-architectures into microelectrodes
Uploaded: 2020-01-19T12:00:00
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Diese Studie wurde vom United States (US) Department of Veterans Affairs Rehabilitation Research and Development Service Awards unterstützt: #RX001664-01A1 (CDA-1, Ereifej) und #RX002628-01A1 (CDA-2, Ereifej). Der Inhalt stellt nicht die Ansichten des U.S. Department of Veterans Affairs oder der Regierung der Vereinigten Staaten dar. Die Autoren danken FEI Co. (Jetzt Teil von Thermofisher Scientific) für die Unterstützung und den Einsatz von Instrumenten durch das Personal, die bei der Entwicklung der in dieser Forschung verwendeten Skripte halfen.

HINWEIS: Gehen Sie die folgenden Schritte vor, während Sie die richtige persönliche Schutzausrüstung wie Labormantel und Handschuhe tragen.
1. Montage nicht-funktionaler Siliziumsonde für Fokussierte Ionenstrahl (FIB) Lithographie
HINWEIS: Das vollständige Verfahren zur Beschreibung der Herstellung des SOI-Wafers mit den 1.000 Sonden finden Sie unter Ereifej et al.39.
<ol><li>Isolieren Sie einen Streifen von 2-3 Siliziumsonden aus dem ...

Das hier skizzierte Fertigungsprotokoll nutzt fokussierte Ionenstrahllithographie, um Nanoarchitekturen effektiv und reproduzierbar in die Oberfläche nicht-funktionaler und funktioneller Einzelschaftsilizium-Mikroelektroden einzuätzen. Fokussierte Ionenstrahl-Lithographie (FIB) ermöglicht die selektive Ablation der Substratoberfläche durch verwendung eines fein fokussierten Ionenstrahls50,51. FIB ist eine Direktschreibtechnik, die verschiedene Funktionen mit ...

Intracortische Mikroelektroden (IME) sind invasive Elektroden, die eine Möglichkeit der direkten Verbindung zwischen externen Geräten und den neuronalen Populationen innerhalb der Großhirnrinde1,2bieten. Diese Technologie ist ein unschätzbares Werkzeug zur Aufzeichnung neuronaler Wirkungspotenziale, um die Fähigkeit der Wissenschaftler zu verbessern, die neuronale Funktion zu erforschen, das Verständnis neurologischer Erkrankungen zu fördern und potenzielle Therapien zu entwickeln. Die intracortische Mikroelektrode, die als Teil von Brain Machine Interface (BMI)-Systemen verwendet wird, ermöglicht die Aufzeichnung von Aktionspotentialen von einzelnen oder kleinen Gruppen von Neuronen, um motorische Absichten zu erkennen, die verwendet werden können, um funktionale Ausgänge zu erzeugen3. Tatsächlich wurden BMI-Systeme erfolgreich für prothetische und therapeutische Zwecke eingesetzt, wie z. B. die erworbene sensorimotorische Rhythmussteuerung, um einen Computercursor bei Patienten mit amyotropher Lateralsklerose (ALS)4 und Rückenmarksverletzungen5 zu bedienen und die Bewegung bei Menschen mit chronischer Tetraplegiewiederherzustellen 6.
Leider können IMEs im Laufe der Zeit aufgrund mehrerer Fehlermodi, die mechanische, biologische und materielleFaktoren7,8, enthalten, oft nicht konstant aufzeichnen. Die neuroentzündliche Reaktion, die nach der Elektrodenimplantation auftritt, wird als eine erhebliche Herausforderung angesehen, die zum Elektrodenversagen beiträgt9,10,11,12,13,14. Die neuroentzündliche Reaktion wird während der ersten Insertion des IME initiiert, das die Blut-Hirn-Schranke durchbricht, das lokale Hirnparenchym schädigt und gliale und neuronale Netzwerke15,16stört. Diese akute Reaktion ist durch die Aktivierung von Gliazellen (Mikroglia/Makrophagen und Astrozyten) gekennzeichnet, die pro-inflammatorische und neurotoxische Moleküle um die Implantatstelle17,18,19,20freisetzen. Die chronische Aktivierung von Gliazellen führt zu einer Fremdkörperreaktion, die durch die Bildung einer Glianarbe gekennzeichnet ist, die die Elektrode aus gesundem Hirngewebe isoliert7,9,12,13,17,21,22. Letztlich, Behinderung der Fähigkeit der Elektrode, neuronale Wirkungspotentiale aufzuzeichnen, aufgrund der physikalischen Barriere zwischen der Elektrode und den Neuronen und der Degeneration und des Todes von Neuronen23,24,25.
Das frühe Versagen intracortischer Mikroelektroden hat zu beträchtlicher Forschung in der Entwicklung von Elektroden der nächsten Generation geführt, mit Schwerpunkt auf biomimetischen Strategien26,27,28,29,30. Von besonderem Interesse für das hier beschriebene Protokoll ist die Verwendung der Nanoarchitektur als eine Klasse biomimetischer Oberflächenveränderungen für IMEs31. Es wurde festgestellt, dass Oberflächen, die die Architektur der natürlichen in vivo Umgebung imitieren, eine verbesserte biokompatible Reaktion haben32,33,34,35,36. Daher ist die Hypothese, die dieses Protokoll überzeugt, dass die Diskontinuität zwischen der rauen Architektur des Hirngewebes und der glatten Architektur der intracortischen Mikroelektroden zur neuroinflammatorischen und chronischen Fremdkörperreaktion auf implantierte IMEs beitragen kann (für eine vollständige Überprüfung beziehen Sie sich auf Kim et al.31). Wir haben bereits gezeigt, dass die Nutzung von Nano-Architektur-Features ähnlich der extrazellulären Matrix-Architektur des Gehirns astrozytäre Entzündungsmarker von Zellen reduziert, die auf nano-architekturierten Substraten kultiviert werden, im Vergleich zu flachen Kontrollflächen sowohl in vitro als auch ex vivo-Modellen der Neuroentzündung37,38. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass die Anwendung fokussierter Ionenstrahl-Lithographie (FIB) auf Etch-Nano-Architekturen direkt auf Siliziumsonden führte, was zu einer signifikant erhöhten neuronalen Lebensfähigkeit und einer geringeren Expression von entzündungshemmenden Genen von Tieren führte, die mit den Nano-Architektur-Sonden implantiert wurden, im Vergleich zur glatten Kontrollgruppe26. Daher ist der Zweck des hier vorgestellten Protokolls, die Verwendung der FIB-Lithographie zu beschreiben, um Nano-Architekturen auf hergestellten intracortischen Mikroelektrodengeräten zu ätzen. Dieses Protokoll wurde entwickelt, um nano-Architektur-Große Features in Siliziumoberflächen intracortischer Mikroelektrodenschäfte zu ätzen, die sowohl automatisierte als auch manuelle Prozesse verwenden. Diese Methoden sind unkompliziert, reproduzierbar und können sicherlich für verschiedene Gerätematerialien und gewünschte Funktionsgrößen optimiert werden.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>16-Channel ZIF-Clip Headstage</td>
			<td>Tucker Davis Technologies</td>
			<td>ZC16</td>
			<td>The headstage and headstage holder may need to be changed, depending on the electrode used. <a href="https://www.tdt.com/zif-clip-digital-headstages.html" target="_blank">https://www.tdt.com/zif-clip-digital-headstages.html</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-meter cable, ALL spring wrapped</td>
			<td>Thomas Scientific</td>
			<td>1213F04</td>
			<td>Any non treated petri dish will suffice. <a href="https://www.thomassci.com/Laboratory-Supplies/Cell-Culture-Dishes/_/Non-Treated-Petri-Dishes?q=petri%20dish%20cell%20culture" target="_blank">https://www.thomassci.com/Laboratory-Supplies/Cell-Culture-Dishes/_/Non-Treated-Petri-Dishes?q=petri%20dish%20cell%20culture</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>32-Channel ZIF-Clip Headstage Holder</td>
			<td>Tucker Davis Technologies</td>
			<td>Z-ROD32</td>
			<td>The headstage and headstage holder may need to be changed, depending on the electrode used. <a href="https://www.tdt.com/zif-clip-digital-headstages.html" target="_blank">https://www.tdt.com/zif-clip-digital-headstages.html</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone, Thinner/Extender/Cleaner, 30ml</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>16023</td>
			<td><a href="https://www.tedpella.com/SEMmisc_html/SEMpaint.htm#anchor16062" target="_blank">https://www.tedpella.com/SEMmisc_html/SEMpaint.htm#anchor16062</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Baby-Mixter Hemostat</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>13013-14</td>
			<td>Any curved hemostat will suffice. <a href="https://www.finescience.com/en-US/Products/Forceps-Hemostats/Hemostats/Baby-Mixter-Hemostat" target="_blank">https://www.finescience.com/en-US/Products/Forceps-Hemostats/Hemostats/Baby-Mixter-Hemostat</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon Conductive Tape, Double Coated</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>16084-7</td>
			<td>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. <a href="https://www.tedpella.com/semmisc_html/semadhes.htm" target="_blank">https://www.tedpella.com/semmisc_html/semadhes.htm</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning Costar Not Treated Multiple Well Plates - 6 well</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>CLS3736-100EA</td>
			<td>Any non-treated 6 well plate will suffice. <a href="https://www.sigmaaldrich.com/catalog/substance/corningcostarnottreatedmultiplewellplates1234598765" target="_blank">https://www.sigmaaldrich.com/catalog/substance/</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dumont #5 Fine Forceps</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11251-30</td>
			<td>Either this fine forceps or the vacuum pump will suffice. <a href="https://www.finescience.com/en-US/Products/Forceps-Hemostats/Dumont-Forceps/Dumont-5-Forceps/11251-30" target="_blank">https://www.finescience.com/en-US/Products/Forceps-Hemostats/Dumont-Forceps/Dumont-5-Forceps/11251-30</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol, 190 proof (95%), USP, Decon Labs</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>22-032-600</td>
			<td>Any 95% ethanol will suffice. <a href="https://www.fishersci.com/shop/products/ethanol-190-proof-95-usp-decon-labs-10/22032600" target="_blank">https://www.fishersci.com/shop/products/ethanol-190-proof-95-usp-decon-labs-10/22032600</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon Cell Strainer</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>08-771-1</td>
			<td><a href="https://www.fishersci.com/shop/products/falcon-cell-strainers-4/087711" target="_blank">https://www.fishersci.com/shop/products/falcon-cell-strainers-4/087711</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FEI, Tescan, Zeiss (also for Philips, Leo, Cambridge, Leica, CamScan), aluminum, grooved edge, &#216;32mm</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>16148</td>
			<td>Depending on the SEM machine used, you may need a different size stub. <a href="https://www.tedpella.com/SEM_html/SEMpinmount.htm#_16180" target="_blank">https://www.tedpella.com/SEM_html/SEMpinmount.htm#_16180</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand Aluminum Foil, Standard-gauge roll</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>01-213-101</td>
			<td>Any aluminum foil will suffice. <a href="https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-aluminum-foil-7/p-306250" target="_blank">https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-aluminum-foil-7/p-306250</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand Low- and Tall-Form PTFE Evaporating Dishes</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>02-617-149</td>
			<td>Any Teflon plate will suffice, this is used to dry the probes after washing on a surface they will not stick onto. <a href="https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-low-tall-form-ptfe-evaporating-dishes-12/p-88552" target="_blank">https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-low-tall-form-ptfe-evaporating-dishes-12/p-88552</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Michigan-style silicon functional electrode</td>
			<td>NeuroNexus</td>
			<td>A1x16-3mm-100-177</td>
			<td><a href="http://neuronexus.com/electrode-array/a1x16-3mm-100-177/" target="_blank">http://neuronexus.com/electrode-array/a1x16-3mm-100-177/</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Model 1772 Universal holder</td>
			<td>KOPF</td>
			<td>Model 1772</td>
			<td>Other stereotaxic frames and accessories will suffice. <a href="http://kopfinstruments.com/product/model-1772-universal-holder/" target="_blank">http://kopfinstruments.com/product/model-1772-universal-holder/</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Model 900-U Small Animal Stereotaxic Instrument</td>
			<td>KOPF</td>
			<td>Model 900-U</td>
			<td>Other stereotaxic frames and accessories will suffice. <a href="http://kopfinstruments.com/product/model-900-small-animal-stereotaxic-instrument1/" target="_blank">http://kopfinstruments.com/product/model-900-small-animal-stereotaxic-instrument1/</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Model 960 Electrode Manipulator with AP Slide Assembly</td>
			<td>KOPF</td>
			<td>Model 960</td>
			<td>Other stereotaxic frames and accessories will suffice. <a href="http://kopfinstruments.com/product/model-1772-universal-holder/" target="_blank">http://kopfinstruments.com/product/model-1772-universal-holder/</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm M 10cm x 76.2m (4&#34; x 250&#39;)</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>807-5</td>
			<td><a href="https://www.tedpella.com/grids_html/807-2.htm" target="_blank">https://www.tedpella.com/grids_html/807-2.htm</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PELCO Vacuum Pick-Up System, 220V</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>520-1-220</td>
			<td>Either this vacuum pump or the fine forceps will suffice. <a href="http://www.tedpella.com/grids_html/Vacuum-Pick-Up-Systems.htm#anchor-520" target="_blank">http://www.tedpella.com/grids_html/Vacuum-Pick-Up-Systems.htm#anchor-520</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PELCO Conductive Silver Paint</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>16062</td>
			<td><a href="https://www.tedpella.com/SEMmisc_html/SEMpaint.htm#anchor16062" target="_blank">https://www.tedpella.com/SEMmisc_html/SEMpaint.htm#anchor16062</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SEM FIB FEI Helios 650 Nanolab</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>Helios G2 650</td>
			<td>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. <a href="https://www.fei.com/products/dualbeam/helios-nanolab/" target="_blank">https://www.fei.com/products/dualbeam/helios-nanolab/</a></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

focused ion beam lithography to etch nano-architectures into microelectrodes

Mit Fortschritten in der Elektronik und Fertigungstechnologie wurden intracortische Mikroelektroden erheblich verbessert, was die Herstellung anspruchsvoller Mikroelektroden mit größerer Auflösung und erweiterten Fähigkeiten ermöglicht. Der Fortschritt in der Fertigungstechnologie hat die Entwicklung von biomimetischen Elektroden unterstützt, die darauf abzielen, sich nahtlos in das Hirnparenchym zu integrieren, die neuroinflammatorische Reaktion nach dem Einsetzen der Elektroden zu reduzieren und die Qualität und Langlebigkeit elektrophysiologischer Aufnahmen. Hier beschreiben wir ein Protokoll, um einen biomimetischen Ansatz zu verwenden, der vor kurzem als Nano-Architektur klassifiziert wurde. Die Verwendung der fokussierten Ionenstrahllithographie (FIB) wurde in diesem Protokoll verwendet, um spezifische Nano-Architektur-Features in die Oberfläche nicht-funktionaler und funktioneller intracortischer Einzelschaft-Mikroelektroden zu ätzen. Das Ätzen von Nano-Architekturen in die Elektrodenoberfläche zeigte mögliche Verbesserungen der Biokompatibilität und Funktionalität des implantierten Geräts an. Einer der Vorteile der Verwendung von FIB ist die Fähigkeit, auf hergestellten Geräten zu ätzen, im Gegensatz zu während der Herstellung des Geräts, die unbegrenzte Möglichkeiten, zahlreiche medizinische Geräte nach der Herstellung zu modifizieren. Das hier vorgestellte Protokoll kann für verschiedene Materialtypen, Nanoarchitektur-Features und Gerätetypen optimiert werden. Die Erweiterung der Oberfläche implantierter medizinischer Geräte kann die Geräteleistung und Die Integration in das Gewebe verbessern.

FIB geätzte Nano-Architektur auf den Oberflächen von Einzelnen Shank Intracortical Sonden Unter Verwendung der hier beschriebenen Methoden wurden intracortische Sonden mit spezifischen Nano-Architekturen nach etablierten Protokollen39geätzt. Dimensionen und Form des in diesen Methoden beschriebenen Nano-Architektur-Designs wurden aus früheren In-vitro-Ergebnissen umgesetzt, die eine Abnahme der Gliazellreaktivität darstellen, wenn sie mit dem hier beschriebenen Nano-Archit...

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Focused Ion Beam Lithography to Etch Nano-architectures into Microelectrodes

Wir haben gezeigt, dass die Radierung der Nanoarchitektur in intracortische Mikroelektrodengeräte die Entzündungsreaktion reduzieren kann und das Potenzial hat, elektrophysiologische Aufnahmen zu verbessern. Die hier beschriebenen Methoden skizzieren einen Ansatz, Nano-Architekturen in die Oberfläche nicht-funktioneller und funktioneller Einschaftssilizium-Intracortical-Mikroelektroden zu ätzen.

Fokussierte Ionenstrahl-Lithographie zu Etch-Nano-Architekturen in Mikroelektroden

With advances in electronics and fabrication technology, intracortical microelectrodes have undergone substantial improvements enabling the production of ...

Die Verwendung der fokussierten Ionenstrahllithographie (FIB) ermöglicht es Forschern, die Zelloberflächeninteraktion zu verbessern, indem sie Materialoberflächen entwerfen, die die Biokompatibilität und Integration mit dem nativen Gewebe erhöht haben. Mit FIB können Merkmale auf einer Vielzahl von Materialien wie Silizium, Metallen und Polymeren geätzt werden. Nicht planare Oberflächen können auch verwendet werden und die Nachbearbeitung kann auf einzelnen Geräten durchgeführt werden.Im Allgemeinen kann diese Methode auf anderen Mikroskopen verwendet werden. Verschiedene Mikroskophersteller verfügen jedoch über einzigartige Versionen der Mustersoftware, die für jedes System optimiert werden müssen. Demonstrieren das Verfahren, wird Miss Shreya Mahajan, eine Studentin aus meinem Labor.Zur Vorbereitung der Montage verwenden Sie feinspitzen Bohrungsvakuumzange, um den sauberen Streifen von Siliziumsonden sorgfältig aufzunehmen. Legen Sie sie auf einen sauberen Aluminiumstummel, der für das Rasterelektronenmikroskop FIB-Bildgebung und Ätzen verwendet wird. Verwenden Sie einen Zahnstocher, um einen winzigen Tropfen Silberfarbe am Rand des Siliziumsubstrats zu platzieren, das die Sonde umgibt.Sichern Sie den Streifen, indem Sie die silberne Farbe um die Seiten des Siliziumsubstrats, das die Sonde umgibt, verteilen. Lassen Sie die silberne Farbe vollständig trocknen, bevor Sie den Aluminiumstummel in die SEM FIB legen. Klicken Sie als Nächstes auf die Entlüftungstaste in der Registerkarte Beam Control, um die SEM FIB-Kammer zu entlüften.Drücken Sie Shift F3, um die Heimbühne durchzuführen. Bestätigen Sie die Auswahl, indem Sie im Popup-Fenster die Schaltfläche "Startphase" auswählen. Nachdem die Home-Phase abgeschlossen ist, verschieben Sie die Stufe auf die Koordinaten X=70 Millimeter, Y=70 Millimeter, Z=0 Millimeter, T=0 Grad, R=0 Grad.Sobald die Kammer entlüftet ist, saubere Nitrilhandschuhe anziehen und die Kammertür öffnen. Stecken Sie den Aluminiumstummel, der die Sonden hält, in die Oberseite des Bühnenadapters. Sichern Sie den Aluminium-Stummel, indem Sie die eingestellte Schraube an der Seite des Bühnenadapters anziehen.Stellen Sie sicher, dass die Höhe entsprechend angepasst ist. Verwenden Sie für diese Aufgabe den 1,5-Millimeter-Sechskantschlüssel. Schwenken Sie vorsichtig den Arm der Navigationskamera öffnen, bis er anhält.Die Mikroskopstufe bewegt sich automatisch an eine Position unter der Kamera. Sehen Sie sich das Live-Bild in Quadrant Three der Mikroskop-Benutzeroberfläche an. Sobald sich die Helligkeitsstufe automatisch auf eine entsprechende Ebene anpasst, erfassen Sie das Bild, indem Sie die Taste auf der Kamerahalterung nach unten drücken.Dies dauert ca. 10 Sekunden. Schwenken Sie den Kameraarm zurück in die geschlossene Position. Die Bühne kehrt zur ursprünglichen Position zurück.Schließen Sie die Mikroskopkammertür vorsichtig. Beobachten Sie das CCD-Kamerabild in Quadrant Four, während Sie die Tür schließen. Stellen Sie sicher, dass die Proben und die Bühne einen sicheren Abstand von jeder kritischen Komponente in der Mikroskopkammer haben.Wählen Sie die Pumpe mit Probenreinigungstaste in der Benutzeroberflächensoftware aus, um die Kammervakuumpumpe und den eingebauten Plasmareiniger zu starten. Warten Sie etwa acht Minuten, bis die Pumpzeit und der Plasmareinigungszyklus der Mikroskopkammer abgeschlossen sind. Sobald das Symbol in der unteren rechten Ecke der Benutzeroberfläche grün wird, drücken Sie die Wake Up-Taste in der Balkensteuerungs-Registerkarte, die den Elektronen- und Ionenstrahl einschaltet.Wählen Sie Quadrant One und stellen Sie das Strahlsignal auf Elektronenstrahl ein. Legen Sie dann Quadrant Two auf Ionenstrahl fest. Stellen Sie nun die SEM-Spannung auf fünf Kilovolt, den SEM-Strahlstrom auf 0,20 Nanoamps, den SEM-Detektor auf ETD und den Detektormodus auf Sekundärelektronen.Stellen Sie die FIB-Spannung auf 30 Kilovolt, den FIB-Strahl auf 24 Picoamps, den FIB-Detektor auf ICE-Detektor und den Detektormodus auf das Sekundärelektron ein. Doppelklicken Sie auf die Siliziumsonde im Navigationskamerabild Quadrant Three, um die Bühne an die ungefähre Position der Sonde zu bewegen. Klicken Sie auf Quadrant One, um ihn als aktiven Quadranten auszuwählen, und klicken Sie auf die Pause-Taste, um den SEM-Scan zu starten.Stellen Sie die Scanverweilzeit auf 300 Nanosekunden ein, und deaktivieren Sie Scan-Interlacing, Line Integration und Frame Averaging. Legen Sie die Scanrotation auf null in der Registerkarte Beam Control fest. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Beam Shift 2D Adjuster und wählen Sie Null aus.Passen Sie die Vergrößerung auf den Minimalwert an, indem Sie den Vergrößerungsknopf gegen den Uhrzeigersinn auf dem Bedienfeld der Mikroskop-Benutzeroberflächen drehen. Passen Sie die Bildhelligkeit und den Kontrast mit den Knöpfen auf dem Bedienfeld der Benutzeroberfläche oder dem Symbol der Automatischen Kontrasthelligkeitssymbolleiste an. Bewegen Sie die Bühne, indem Sie mit der Linken auf ein Feature klicken, um sie zu zentrieren.Bewegen Sie dann die gewünschte Siliziumsonde, die in die Mitte des SEM-Bildes gemustert werden soll. Suchen Sie eine Kante oder ein anderes Feature, z. B. ein Staubpartikel oder Kratzer. Erhöhen Sie die Vergrößerung auf 2000x, indem Sie den Vergrößerungsknopf im Uhrzeigersinn drehen.Passen Sie den Fokus des SEM an, indem Sie die groben und feinen Fokusknöpfe auf der Mikroskop-Benutzeroberfläche drehen, bis das Bild im Fokus steht. Sobald das Bild im Fokus ist, wählen Sie die Schaltfläche Beispiel Z mit Arbeitsabstand in der Symbolleiste verknüpfen aus. Bestätigen Sie, dass der Vorgang abgeschlossen wurde, indem Sie sich die Z-Achsen-Koordinate auf der Navigationsregisterkarte ansehen.Der Wert sollte etwa 11 Millimeter betragen. Geben Sie 4,0 Millimeter in der Z-Achsenposition ein und drücken Sie die Taste Go To mit der Maus. Bewegen Sie die Bühne in X und Y, um die Schulter der Siliziumsonde zu lokalisieren.Positionieren Sie es so nah wie möglich an der Mitte des SEM. Ändern Sie die Neigung der Stufe auf 52 Grad, indem Sie in der T-Koordinate 52 eingeben und enter drücken. Beobachten Sie, ob sich die Schulter der Sonde im Bild nach oben oder unten zu bewegen scheint.Verwenden Sie den Schieberegler Stage Z, um die Schulter der Sonde wieder in die Mitte des SEM-Bildes zu bringen. Passen Sie nur die Z-Position an. Bewegen Sie die X-, Y-, T- oder R-Achse nicht.Führen Sie das integrierte XT Align Feature aus, das sich im Dropdown-Menü "Bühne" befindet. Klicken Sie mit der Maus auf zwei Punkte parallel zum Rand der Sonde. Mae sicher, dass das horizontale Optionsfeld im Popup-Fenster ausgewählt ist, und klicken Sie auf Fertig stellen.Die Bühne wird gedreht, um die Sonde an der X-Achse der Bühne auszurichten. Passen Sie die Stufe in XY an, indem Sie die Maus verwenden, um die untere Schulter der Sonde wieder in die Mitte des SEM-Bildes zu stellen. Wählen Sie die FIB in Quadrant Two und stellen Sie sicher, dass der Strahlstrom immer noch 24 Picoamps ist.Stellen Sie die Vergrößerung auf 5000X und die Verweilzeit auf 100 Nanosekunden ein. Geben Sie Control-F auf der Tastatur ein, um den FIB-Fokus auf 13 Millimeter einzustellen. Klicken Sie auf der Registerkarte Beam Control mit der rechten Maustaste in den Stigmator 2D-Einsteller, und wählen Sie Null aus.Klicken Sie außerdem mit der rechten Maustaste in die Beam Shift 2D-Einstellertaste, und wählen Sie Null aus. Legen Sie die Scandrehung auf null Grad fest, und klicken Sie in der Symbolleiste auf die Schaltfläche für die automatische Kontrasthelligkeit. Suchen Sie nach einem Bild der Sondenschulter in Quadrant Two.Verwenden Sie das Snapshot-Tool, um ein Bild in der FIB zu erfassen. Bestätigen Sie, dass sich die Sondenschulter in der Mitte des FIB-Bildes befindet. Wenn nicht, doppelklicken Sie auf die Sondenschulter, um sie in die Mitte zu verschieben.Bewegen Sie die Bühne nach links, indem Sie die linke Pfeiltaste auf der Tastatur etwa 10 bis 15 Mal drücken. Erstellen Sie einen weiteren Schnappschuss und beobachten Sie, ob sich die Sondenseite noch in der Mitte der FIB befindet. Nachdem Sie diese Schritte wiederholt haben, bis der Rand der Sondenschulter perfekt an der X-Achse der Bühne ausgerichtet ist, verwenden Sie die FIB, um die Bühne zurück zur unteren Schulter der Sonde zu bewegen.Speichern Sie die Bühnenposition in der Positionsliste, indem Sie auf die Schaltfläche Hinzufügen klicken. Ändern Sie den FIB-Strahlstrom auf 2,5 Nanoamps und stellen Sie sicher, dass die Vergrößerung der FIB immer noch 5000X beträgt. Führen Sie die Auto-Helligkeits-Kontrastfunktion aus und stellen Sie die FIB-Verweilzeit auf 100 Nanosekunden ein.Drücken Sie die Pause-Taste, um mit dem Scannen zu beginnen. Passen Sie den FIB-Fokus und den Astigmatismus so schnell und präzise wie möglich mit den groben und feinen Fokusknöpfen und den X- und Y-Stigmatorknöpfen auf dem Bedienfeld der Benutzeroberfläche an. Drücken Sie die Pause-Taste, um das FIB-Scannen zu stoppen.Öffnen Sie in der Nanobuilder-Software die Datei zum Patterning der Silikonsonden. Wählen Sie das Dropdown-Menü Mikroskop und Stellen Sie Stage Origin ein. Wählen Sie das Dropdown-Menü Mikroskop und dann Diekdetektoren kalibrieren.Klicken Sie auf der Mikroskop-Benutzeroberfläche einmal mit der Maus auf Quad One, um Quad One auszuwählen. Klicken Sie auf OK, um die Kalibrierung zu starten. Der Vorgang dauert etwa fünf Minuten.Stellen Sie sicher, dass die ETD- und ICE-Detektoren kalibriert werden. Wählen Sie innerhalb der Software das Dropdown-Menü Mikroskop aus und wählen Sie Ausführen aus, um die Musterfolge zu starten. Wenn das Muster abgeschlossen ist, schließen Sie die Software.Drücken Sie Vent in der Beam Control-Registerkarte des Mikroskops, um die Mikroskopstrahlen herunterzufahren und den Entlüftungszyklus zu starten. Während die Kammer entlüftet, bewegen Sie die Bühne auf die entsprechenden Koordinaten. Sobald die Kammer entlüftet ist, saubere Nitrilhandschuhe anziehen und die Kammertür öffnen.Lösen Sie die Eingestelltschraube am Stubenadapter mit dem 1,5-Millimeter-Sechskantschlüssel. Entfernen Sie den Aluminiumstummel, der die gemusterte Sonde enthält, aus der Kammer. Schließen Sie die Mikroskopkammertür vorsichtig.Beobachten Sie das CCD-Kamerabild in Quadrant Four, während Sie die Tür schließen. Stellen Sie sicher, dass der Bühnenadapter einen sicheren Abstand zu jeder kritischen Komponente in der Mikroskopkammer hat. Hier sind SEM-Bilder der nicht-funktionalen Einschenkelsiliziumsonden mit FIB-geätzten Nano-Architekturen entlang der Rückseite des Schafts zu sehen.Die endletzten Dimensionen der geätzten Nanoarchitektur waren 200 Nanometer breite Parallellinien im Abstand von 300 Nanometern und hatten eine Tiefe von 200 Nanometern. Um zu bestimmen, wie sich das Ätzen von Nano-Architekturen in die Oberfläche der Sonde auf die neuronale Dichte unmittelbar um das Implantat auswirkt, wurden die neuronalen Nukleii gebeizt und quantifiziert. Das neuronale Überleben wird als Prozentsatz der Hintergrundregion aus den gleichen Tierabständen von 50 Mikron-Behältern von der Implantatstelle dargestellt.Es gab deutlich mehr Neuronen um die Nano-Architektur-Sonden in 100 bis 150 Mikron Entfernungen von der Implantatstelle im Vergleich zu den glatten Kontrollimplantaten bei vier Wochen nach der Implantation. Nano-Architekturen wurden auch an der Rückseite funktioneller Einzelschaftsilizium-Mikroelektroden geätzt und elektrophysiologische Messungen wurden quantifiziert, um zu untersuchen, wie sich das Ätzen von Nano-Architekturen auf die Elektrodenleistung auswirkt. Elektrophysiologische Ergebnisse zeigten einen erhöhten Prozentsatz von Kanälen, die einzelne Einheiten der Nanoarchitektur-Mikroelektroden im Vergleich zu den glatten Kontrollmikroelektroden aufzeichneten.Für die Nanoarchitektur-Mikroelektrode wurde keine statistische Analyse durchgeführt, da nur eine für eine Proof-of-Concept-Pilotstudie implantiert wurde. FiB-Ätzen ermöglicht es Forschern zu untersuchen, wie die Zugabe von topografischen Cues auf medizinischen Geräten das zelluläre Ansprechen und letztlich die Leistung des Geräts verbessern kann. Die Breite der medizinischen Geräte, auf die diese Methoden angewendet werden können, ist grenzenlos, da FIB auf einer Reihe von Materialien, Oberflächengeometrien und vor allem bereits hergestellten Geräten durchgeführt werden kann.

Research

JoVE Journal

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Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

Entwurf eines zyklischen Druck Bioreaktor für die Ex Vivo Studium der Aorten-Herzklappen

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

Continuously-stirred Anaerobic Digester to Convert Organic Wastes into Biogas: System Setup and Basic Operation

Kontinuierlich-gerührt anaeroben Faulbehälter zu Bio-Abfälle in Biogas umwandeln: System-Setup und Grundlagen der Bedienung

Anaerobic digestion (AD) is a bioprocess that is commonly used to convert complex organic wastes into a useful biogas with methane as the energy carrier ...

Capillary Force Lithography for Cardiac Tissue Engineering

Kapillar-Force-Lithographie für Herz-Tissue Engineering

Cardiovascular disease remains the leading cause of death worldwide1. Cardiac tissue engineering holds much promise to deliver groundbreaking medical ...

Real-time Monitoring of High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) Ablation of In Vitro Canine Livers Using Harmonic Motion Imaging for Focused Ultrasound (HMIFU)

Real-time Monitoring of High Intensity Focused Ultrasound HIFU Ablation of In Vitro Canine Livers Using Harmonic Motion Imaging for Focused Ultrasound HMIFU

Echtzeit-Überwachung von hochintensiven fokussierten Ultraschall (HIFU) Ablation<em&gt; In-vitro-</em&gt; Canine Livers Verwendung harmonische Bewegung Imaging für fokussierten Ultraschall (HMIFU)

Harmonic Motion Imaging for Focused Ultrasound (HMIFU) is a technique that can perform and monitor high-intensity focused ultrasound (HIFU) ablation. An ...

Merging Ion Concentration Polarization between Juxtaposed Ion Exchange Membranes to Block the Propagation of the Polarization Zone

Zusammenführen von Ionenkonzentration Polarisierung zwischen Juxtaposed Ionenaustauschermembranen zu blockieren die Ausbreitung der Polarisations Zone

The ion concentration polarization (ICP) phenomenon is one of the most prevailing methods to preconcentrate low-abundance biological samples. The ICP ...

Functional Surface-immobilization of Genes Using Multistep Strand Displacement Lithography

Funktionale Oberfläche-Immobilisierung von Genen mit mehrstufigen Strang Verschiebung Lithographie

Immobilization of genes on lithographically structured surfaces allows the study of compartmentalized gene expression processes in an open microfluidic ...

Assembly and Characterization of Biomolecular Memristors Consisting of Ion Channel-doped Lipid Membranes

Montage und Charakterisierung der biomolekularen Memristors bestehend aus Ionenkanal-dotierte Lipidmembranen

The ability to recreate synaptic functionalities in synthetic circuit elements is essential for neuromorphic computing systems that seek to emulate the ...

Bioinspired Soft Robot with Incorporated Microelectrodes

Bioinspirierter Softroboter mit integrierten Mikroelektroden

Bioinspired soft robotic systems that mimic living organisms using engineered muscle tissue and biomaterials are revolutionizing the current biorobotics ...