Name: focused ion beam lithography to etch nano-architectures into microelectrodes
Uploaded: 2020-01-19T12:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Focused Ion Beam Lithography to Etch Nano-architectures into Microelectrodes at JoVE.com

Это исследование было поддержано Департаментом США по делам ветеранов реабилитации исследований и развития Службы наград: #RX001664-01A1 (CDA-1, Ereifej) и #RX002628-01A1 (CDA-2, Ereifej). Содержание не отражает мнения Министерства США по делам ветеранов или правительства Соединенных Штатов. Авторы хотели бы поблагодарить FEI Co. (теперь часть Thermofisher Scientific) за помощь персонала и использование приборов, которые помогли в разработке сценариев, используемых в этом исследовании.

ПРИМЕЧАНИЕ: Сделайте следующие шаги во время ношения надлежащего личного защитного оборудования, таких как лабораторное пальто и перчатки.
1. Монтаж нефункциональный кремний зонд для фокусированной ионной балки (FIB) Литография
ПРИМЕЧАНИЕ: Для полной процед...

В описанном здесь протоколе изготовления используется сфокусированная литография ионного луча для эффективного и воспроизводимого наноархитектуры на поверхности нефункциональных и функциональных микроэлектродов кремния хвостовика. Сфокусированная ионная лучевая (FIB) литография п...

Интракортикальные микроэлектроды (IME) являются инвазивными электродами, которые обеспечивают средство прямого столкновения между внешними устройствами и нейронными популяциями внутри коры головного мозга1,2. Эта технология является бесценным инструментом для записи нейронных потенциалов действия для улучшения способности ученых исследовать функции нейронов, заранее понимание неврологических заболеваний и развивать потенциальные методы лечения. Интракортикальный микроэлектрод, используемый как часть систем Brain Machine Interface (ИМТ), позволяет записывать потенциалы действия от отдельных или небольших групп нейронов для обнаружения моторных намерений, которые могут быть использованы для производства функциональных выходов3. В самом деле, ИМТ системы успешно используются для протезирования и терапевтических целей, таких как приобретенные сенсорного управления ритмом для работы компьютерного курсора у пациентов с амиотрофическим боковой склероз (ALS)4 и спинного мозгатравмы 5 и восстановления движения у людей, страдающих от хронической тетраплегии6.
К сожалению, IMEs часто не в состоянии записывать последовательно с течением времени из-за нескольких режимов отказа, которые включают механические, биологические и материальные факторы7,8. Нейровоспалительный ответ, происходящий после имплантации электрода, считается значительной проблемой, способствующей отказу электрода9,10,11,12,13,14. Нейровоспалительный ответ инициируется во время первоначальной вставки IME, который отделяет гематоэнцефалический барьер, повреждает местный мозг паренхимы и нарушает глиальные и нейронные сети15,16. Эта острая реакция характеризуется активацией глиальных клеток (микроглии/макрофагов и астроцитов), которые высвобождают провоспалительные и нейротоксические молекулы вокруг имплантата17,18,19,20. Хроническая активация глиальных клеток приводит к реакции инородного тела, характеризующейся образованием глиального шрама, изолируя электрод из здоровой ткани мозга7,9,12,13,17,21,22. В конечном счете, препятствуя способности электрода записывать нейронные потенциалы действия, из-за физического барьера между электродом и нейронами и дегенерации и смерти нейронов23,24,25.
Ранний отказ интракортикальных микроэлектродов привел к значительным исследованиям в области разработки электродов следующего поколения, с акцентом на биомиметические стратегии26,27,28,29,30. Особый интерес представляет описанный здесь протокол, который является использование наноархитектуры как класса биомиметических изменений поверхности для IMEs31. Установлено, что поверхности, имитирующие архитектуру естественной среды in vivo, имеют улучшенную биосовместимую реакцию32,33,34,35,36. Таким образом, гипотеза убедительных этот протокол является то, что разрыв между грубой архитектуры ткани мозга и гладкой архитектуры интракортикальных микроэлектродов может способствовать нейровоспалительных и хронических инородных реакции организма на имплантированные IMEs (для полного обзора относятся к Ким и др.31). Мы уже показали, что использование нано-архитектуры функции похожи на внеклеточной архитектуры матрицы мозга уменьшает астроцитов воспалительных маркеров из клеток, культивированных на нано-архитектурной субстраты, по сравнению с плоскими поверхностями управления в обоих в пробирке и ex vivo модели нейровоспаления37,38. Кроме того, мы показали применение сфокусированной ионной луча (FIB) литографии для вытравливания наноархитектур непосредственно на кремниевых зондов привело к значительному увеличению жизнеспособности нейронов и более низкой экспрессии провоспалительных генов у животных, имплантированных с нано-архитектурными зондами по сравнению с гладкой контрольной группой26. Таким образом, цель протокола, представленного здесь, заключается в описании использования литографии FIB для вытравливать наноархитектуры на изготовленных внутрикортикальных микроэлектродных устройствах. Этот протокол был разработан для вытравливание нано-архитектуры размера функций в кремниевых поверхностей внутрикортикальных микроэлектродов хвостовики с использованием автоматизированных и ручных процессов. Эти методы являются несложными, воспроизводимыми и, безусловно, могут быть оптимизированы для различных материалов устройства и желаемых размеров функций.

<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

Благодаря достижениям в области электроники и технологии изготовления интракортикальные микроэлектроды претерпели значительные улучшения, позволяющие производство сложных микроэлектродов с большим разрешением и расширенными возможностями. Прогресс в технологии изготовления поддерживает развитие биомиметических электродов, которые направлены на бесшовную интеграцию в мозг паренхимы, уменьшить нейровоспалительный ответ наблюдается после вставки электрода и улучшить качество и долговечность электрофизиологических записей. Здесь мы описываем протокол использования биомиметического подхода, недавно классифицированного как нано-архитектура. Использование сфокусированной литографии ионного луча (FIB) было использовано в этом протоколе для вытравливать специфические особенности наноархитектуры на поверхности нефункциональных и функциональных однохвостовных интракортикальных микроэлектродов. Выгравирование наноархитектур в поверхность электрода указывает на возможные улучшения биосовместимости и функциональности имплантированного устройства. Одним из преимуществ использования FIB является возможность травления на изготовленных устройствах, в отличие от во время изготовления устройства, облегчая безграничные возможности для изменения многочисленных медицинских устройств после производства. Представленный в настоящем году протокол может быть оптимизирован для различных типов материалов, функций наноархитектуры и типов устройств. Увеличение поверхности имплантированных медицинских устройств может улучшить производительность устройства и интеграцию в ткани.

FIB выгравированная наноархитектура на поверхностях однострочных интракортикальных зондов Используя описанные здесь методы, интракортикальные зонды были выгравированы с конкретными нано-архитектурами после установленных протоколов39. Размеры и форма нано-арх...

Watch this Scientific Journal Video about Focused Ion Beam Lithography to Etch Nano-architectures into Microelectrodes at JoVE.com

Focused Ion Beam Lithography to Etch Nano-architectures into Microelectrodes

Мы показали, что травление наноархитектуры в внутрикортикальные микроэлектродные устройства могут уменьшить воспалительные реакции и имеет потенциал для улучшения электрофизиологических записей. Описанные в нем методы намечают подход к наноархитектуре на поверхности нефункциональных и функциональных однохвостового кремния интракортикальных микроэлектродов.

Сосредоточенная литография Ионного Луча для наноархитектур etch в микроэлектроды

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Fluorescent Nanoparticles for the Measurement of Ion Concentration in Biological Systems

Флуоресцентные наночастицы для измерения концентрации ионов в биологических системах

Tightly regulated ion homeostasis throughout the body is necessary for the prevention of such debilitating states as dehydration.1 In contrast, rapid ion ...

Plasma Lithography Surface Patterning for Creation of Cell Networks

Плазменные литографии поверхности паттернов для создания сотовых сетей

Systematic manipulation of a cell microenvironment with micro- and nanoscale resolution is often required for deciphering various cellular and molecular ...

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

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

Дизайн Циклические биореактора давление для Ex Vivo Изучение аортального клапанов сердца

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

Непрерывно перемешивают Анаэробные Digester Преобразование органических отходов в биогаз: настройки системы и основные операции

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

Капиллярная сила Литография для сердечной тканевой инженерии

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

Мониторинг в реальном времени высокой интенсивности сфокусированного ультразвука (HIFU) абляции<em&gt; In Vitro</em&gt; Собаки Печень Использование Harmonic Motion визуализации для сфокусированного ультразвука (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

Слияние концентрации ионов поляризация между Сочетавший ионообменные мембраны для блокирования распространения радиоволн в поляризационных зоны

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

Функциональные поверхности иммобилизация генов с использованием многоэтапных Strand перемещения литография

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

Ассамблея и характеристика биомолекулярных Memristors, состоящий из легированных ионного канала липидные мембраны

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

Биовдохновленный мягкий робот с инкорпорированными микроэлектродами

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