Name: fabrication of ti3c2 mxene microelectrode arrays for in vivo neural recording
Uploaded: 2020-02-12T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays for In Vivo Neural Recording at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af National Institutes of Health (tilskud nr. R21-NS106434), Citizens United for Research in Epilepsy Taking Flight Award, Mirowski Family Foundation og Neil og Barbara Smit (F.V.); National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (tilskud nr. DGE-1845298 til N.D. og B.M.); hærens forskningskontor (samarbejdsaftalenummer W911NF-18-2-0026 til K.M.) og af den amerikanske hær via Surface Science Initiative Program på Edgewood Chemical Biological Center (PE 0601102A Project VR9 til Y.G. og K.M.). Dette arbejde blev udført delvist på Singh Center for Nanotechnology, som støttes af National Science Foundation National Nanotechnology Coordinated Infrastructure Program (NNCI-1542153).

Alle in vivo procedurer i overensstemmelse med National Institutes of Health (NIH) Guide for pleje og brug af laboratoriedyr og blev godkendt af Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) fra University of Pennsylvania.
1. Syntese af Ti3C2 MXene
BEMÆRK: De reaktionsprocedurer, der er beskrevet i dette afsnit, er beregnet til brug i en kemisk røghætte. Vasktrin, der indgår i denne procedure, er beregnet til at blive anvendt m...

<ol>
	<li>Ludwig, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)+(PEDOT)+polymer+coatings+facilitate+smaller+neural+recording+electrodes.">Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) polymer coatings facilitate smaller neural recording electrodes.</a> Journal of Neural Engineering. 8 (1), 014001 (2011).</li><li>Polikov, V. S., Tresco, P. A., Reichert, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+of+brain+tissue+to+chronically+implanted+neural+electrodes.">Response of brain tissue to chronically implanted neural electrodes.</a> Journal of Neuroscience Methods. 148 (1), 1-18 (2005).</li><li>Lecomte, A., Descamps, E., Bergaud, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+mechanical+considerations+for+chronically-implanted+neural+probes.">A review on mechanical considerations for chronically-implanted neural probes.</a> Journal of Neural Engineering. 15 (3), 031001 (2017).</li><li>Castagnola, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Smaller,+softer,+lower-impedance+electrodes+for+human+neuroprosthesis:+a+pragmatic+approach.">Smaller, softer, lower-impedance electrodes for human neuroprosthesis: a pragmatic approach.</a> Frontiers in Neuroengineering. 7, 8 (2014).</li><li>Nguyen, J. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanically-compliant+intracortical+implants+reduce+the+neuroinflammatory+response.">Mechanically-compliant intracortical implants reduce the neuroinflammatory response.</a> Journal of Neural Engineering. 11 (5), 056014 (2014).</li><li>Boehler, C., Stieglitz, T., Asplund, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructured+platinum+grass+enables+superior+impedance+reduction+for+neural+microelectrodes.">Nanostructured platinum grass enables superior impedance reduction for neural microelectrodes.</a> Biomaterials. 67, 346-353 (2015).</li><li>Petrossians, A., Whalen, J. J., Weiland, J. D., Mansfeld, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+modification+of+neural+stimulating/recording+electrodes+with+high+surface+area+platinum-iridium+alloy+coatings.">Surface modification of neural stimulating/recording electrodes with high surface area platinum-iridium alloy coatings.</a> 2011 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , 3001-3004 (2011).</li><li>Meyer, R. D., Cogan, S. F., Nguyen, T. H., Rauh, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrodeposited+iridium+oxide+for+neural+stimulation+and+recording+electrodes.">Electrodeposited iridium oxide for neural stimulation and recording electrodes.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 9 (1), 2-11 (2001).</li><li>Ferguson, J. E., Boldt, C., Redish, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Creating+low-impedance+tetrodes+by+electroplating+with+additives.">Creating low-impedance tetrodes by electroplating with additives.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 156 (2), 388-393 (2009).</li><li>Kotov, N. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomaterials+for+Neural+Interfaces.">Nanomaterials for Neural Interfaces.</a> Advanced Materials. 21 (40), 3970-4004 (2009).</li><li>Keefer, E. W., Botterman, B. R., Romero, M. I., Rossi, A. F., Gross, G. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+nanotube+coating+improves+neuronal+recordings.">Carbon nanotube coating improves neuronal recordings.</a> Nature Nanotechnology. 3 (7), 434-439 (2008).</li><li>Lu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrodeposited+polypyrrole/carbon+nanotubes+composite+films+electrodes+for+neural+interfaces.">Electrodeposited polypyrrole/carbon nanotubes composite films electrodes for neural interfaces.</a> Biomaterials. 31 (19), 5169-5181 (2010).</li><li>Green, R. A., Williams, C. M., Lovell, N. H., Poole-Warren, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+neural+interface+for+implant+electrodes:+improving+electroactivity+of+polypyrrole+through+MWNT+incorporation.">Novel neural interface for implant electrodes: improving electroactivity of polypyrrole through MWNT incorporation.</a> Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 19 (4), 1625-1629 (2008).</li><li>Apollo, N. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+Freestanding+Neural+Stimulation+and+Recording+Electrodes+Fabricated+from+Reduced+Graphene+Oxide.">Flexible Freestanding Neural Stimulation and Recording Electrodes Fabricated from Reduced Graphene Oxide.</a> Advanced Functional Materials. 25 (23), 3551-3559 (2015).</li><li>Lu, Y., Lyu, H., Richardson, A. G., Lucas, T. H., Kuzum, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+Neural+Electrode+Array+Based-on+Porous+Graphene+for+Cortical+Microstimulation+and+Sensing.">Flexible Neural Electrode Array Based-on Porous Graphene for Cortical Microstimulation and Sensing.</a> Scientific Reports. 6 (1), 33526 (2016).</li><li>Matarredona, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dispersion+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+in+Aqueous+Solutions+of+the+Anionic+Surfactant+NaDDBS.">Dispersion of Single-Walled Carbon Nanotubes in Aqueous Solutions of the Anionic Surfactant NaDDBS.</a> The Journal of Physical Chemistry B. 107 (48), 13357-13367 (2003).</li><li>Ramesh, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dissolution+of+Pristine+Single+Walled+Carbon+Nanotubes+in+Superacids+by+Direct+Protonation.">Dissolution of Pristine Single Walled Carbon Nanotubes in Superacids by Direct Protonation.</a> The Journal of Physical Chemistry B. 108 (26), 8794-8798 (2004).</li><li>Kim, S. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+modifications+for+the+effective+dispersion+of+carbon+nanotubes+in+solvents+and+polymers.">Surface modifications for the effective dispersion of carbon nanotubes in solvents and polymers.</a> Carbon. 50 (1), 3-33 (2012).</li><li>Wang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanotechnology+and+Nanomaterials+for+Improving+Neural+Interfaces.">Nanotechnology and Nanomaterials for Improving Neural Interfaces.</a> Advanced Functional Materials. 28 (12), 1700905 (2017).</li><li>Wang, K., Fishman, H. A., Dai, H., Harris, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+Stimulation+with+a+Carbon+Nanotube+Microelectrode+Array.">Neural Stimulation with a Carbon Nanotube Microelectrode Array.</a> Nano Letters. 6 (9), 2043-2048 (2006).</li><li>Ansaldo, A., Castagnola, E., Maggiolini, E., Fadiga, L., Ricci, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superior+Electrochemical+Performance+of+Carbon+Nanotubes+Directly+Grown+on+Sharp+Microelectrodes.">Superior Electrochemical Performance of Carbon Nanotubes Directly Grown on Sharp Microelectrodes.</a> ACS Nano. 5 (3), 2206-2214 (2011).</li><li>Nimbalkar, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-Capacitive+Carbon+Neural+Probe+Allows+Simultaneous+Long-Term+Electrical+Stimulations+and+High-Resolution+Neurotransmitter+Detection.">Ultra-Capacitive Carbon Neural Probe Allows Simultaneous Long-Term Electrical Stimulations and High-Resolution Neurotransmitter Detection.</a> Scientific Reports. 8, 6958 (2018).</li><li>Anasori, B., Lukatskaya, M., Gogotsi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=2D+metal+carbides+and+nitrides+(MXenes)+for+energy+storage.">2D metal carbides and nitrides (MXenes) for energy storage.</a> Nature Reviews Materials. 2, 16098 (2017).</li><li>Anasori, B., Gogotsi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 2D Metal Carbides and Nitrides (MXenes): Structure, Properties and Applications. , (2019).</li><li>Naguib, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-Dimensional+Nanocrystals+Produced+by+Exfoliation+of+Ti3AlC2.">Two-Dimensional Nanocrystals Produced by Exfoliation of Ti3AlC2.</a> Advanced Materials. 23 (37), 4248-4253 (2011).</li><li>Alhabeb, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Guidelines+for+Synthesis+and+Processing+of+Two-Dimensional+Titanium+Carbide+(Ti3C2Tx+MXene).">Guidelines for Synthesis and Processing of Two-Dimensional Titanium Carbide (Ti3C2Tx MXene).</a> Chemistry of Materials. 29 (18), 7633-7644 (2017).</li><li>Ghidiu, M., Lukatskaya, M. R., Zhao, M. Q., Gogotsi, Y., Barsoum, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conductive+two-dimensional+titanium+carbide+&#8216;clay&#8217;+with+high+volumetric+capacitance.">Conductive two-dimensional titanium carbide &#8216;clay&#8217; with high volumetric capacitance.</a> Nature. 516 (7529), 78-81 (2014).</li><li>Lukatskaya, M. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-high-rate+pseudocapacitive+energy+storage+in+two-dimensional+transition+metal+carbides.">Ultra-high-rate pseudocapacitive energy storage in two-dimensional transition metal carbides.</a> Nature Energy. 2, 17105 (2017).</li><li>Zhu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon-Based+Supercapacitors+Produced+by+Activation+of+Graphene.">Carbon-Based Supercapacitors Produced by Activation of Graphene.</a> Science. 332 (6037), 1537-1541 (2011).</li><li>Heon, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+carbide-derived+carbon+films+with+high+volumetric+capacitance.">Continuous carbide-derived carbon films with high volumetric capacitance.</a> Energy &amp; Environmental Science. 4 (1), 135-138 (2011).</li><li>Yang, X., Cheng, C., Wang, Y., Qiu, L., Li, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid-mediated+dense+integration+of+graphene+materials+for+compact+capacitive+energy+storage.">Liquid-mediated dense integration of graphene materials for compact capacitive energy storage.</a> Science. 341 (6145), 534-537 (2013).</li><li>Zhang, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transparent,+Flexible,+and+Conductive+2D+Titanium+Carbide+(MXene)+Films+with+High+Volumetric+Capacitance.">Transparent, Flexible, and Conductive 2D Titanium Carbide (MXene) Films with High Volumetric Capacitance.</a> Advanced Materials. 29 (36), 1702678 (2017).</li><li>Han, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=2D+Ultrathin+MXene-Based+Drug-Delivery+Nanoplatform+for+Synergistic+Photothermal+Ablation+and+Chemotherapy+of+Cancer.">2D Ultrathin MXene-Based Drug-Delivery Nanoplatform for Synergistic Photothermal Ablation and Chemotherapy of Cancer.</a> Advanced Healthcare Materials. 7 (9), 1701394 (2018).</li><li>Dai, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biocompatible+2D+Titanium+Carbide+(MXenes)+Composite+Nanosheets+for+pH-Responsive+MRI-Guided+Tumor+Hyperthermia.">Biocompatible 2D Titanium Carbide (MXenes) Composite Nanosheets for pH-Responsive MRI-Guided Tumor Hyperthermia.</a> Chemistry of Materials. 29 (20), 8637-8652 (2017).</li><li>Xu, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrathin+MXene-Micropattern-Based+Field-Effect+Transistor+for+Probing+Neural+Activity.">Ultrathin MXene-Micropattern-Based Field-Effect Transistor for Probing Neural Activity.</a> Advanced Materials. 28 (17), 3333-3339 (2016).</li><li>Driscoll, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-Dimensional+Ti3C2+MXene+for+High-Resolution+Neural+Interfaces.">Two-Dimensional Ti3C2 MXene for High-Resolution Neural Interfaces.</a> ACS Nano. 12 (10), 10419-10429 (2018).</li><li>Sessolo, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Easy-to-Fabricate+Conducting+Polymer+Microelectrode+Arrays.">Easy-to-Fabricate Conducting Polymer Microelectrode Arrays.</a> Advanced Materials. 25 (15), 2135-2139 (2013).</li><li>Shuck, C. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Ti3AlC2+MAX+Phase+on+Structure+and+Properties+of+Resultant+Ti3C2Tx+MXene.">Effect of Ti3AlC2 MAX Phase on Structure and Properties of Resultant Ti3C2Tx MXene.</a> ACS Applied Nano Materials. 2 (6), 3368-3376 (2019).</li><li>Hantanasirisakul, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+Ti3C2Tx+MXene+Transparent+Thin+Films+with+Tunable+Optoelectronic+Properties.">Fabrication of Ti3C2Tx MXene Transparent Thin Films with Tunable Optoelectronic Properties.</a> Advanced Electronic Materials. 2 (6), 1600050 (2016).</li><li>Xu, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrathin+MXene-Micropattern-Based+Field-Effect+Transistor+for+Probing+Neural+Activity.">Ultrathin MXene-Micropattern-Based Field-Effect Transistor for Probing Neural Activity.</a> Advanced Materials. 28 (17), 3333-3339 (2016).</li><li>Zhang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Additive-free+MXene+inks+and+direct+printing+of+micro-supercapacitors.">Additive-free MXene inks and direct printing of micro-supercapacitors.</a> Nature Communications. 10 (1), 1795 (2019).</li><li>Quain, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+Writing+of+Additive-Free+MXene-in-Water+Ink+for+Electronics+and+Energy+Storage.">Direct Writing of Additive-Free MXene-in-Water Ink for Electronics and Energy Storage.</a> Advanced Materials Technologies. 4 (1), 1800256 (2019).</li><li>Salles, P., Quain, E., Kurra, N., Sarycheva, A., Gogotsi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+Scalpel+Patterning+of+Solution+Processed+Thin+Films+for+Fabrication+of+Transparent+MXene+Microsupercapacitors.">Automated Scalpel Patterning of Solution Processed Thin Films for Fabrication of Transparent MXene Microsupercapacitors.</a> Small. 14 (44), 1802864 (2018).</li></ol>

MXene syntese og delamination procedure, der er beskrevet i denne protokol (HF / HCl / LiCl) blev bygget ud fra MILD ætsning tilgang, som anvendte en LiF / HCl (in situ HF) etchant medium26. MILD-metoden gør det muligt spontant at delaminere store Ti3C2 flager (flere μm i sidestørrelse) under vask, når pH ~5−6 er opnået. Sammenlignet med ætsning med HF alene, resulterer dette i materiale med højere kvalitet og forbedrede materialeegenskaber, såsom elektronisk ledni...

Forståelse af de grundlæggende mekanismer, der ligger til grund for neurale kredsløb, og hvordan deres dynamik ændres i sygdom eller skade, er et kritisk mål for at udvikle effektive terapeutiske for en bred vifte af neurologiske og neuromuskulære lidelser. Mikroelektrode teknologier har været meget udbredt til at belyse neurale dynamik på fine rumlige og tidsmæssige skalaer. Det har imidlertid vist sig at være særligt udfordrende at få stabile optagelser med højt signal-støj-forhold (SNR) fra mikroskalaelektroder. Da elektrodernes dimensioner reduceres til at nærme sig cellulære skala, forringer en tilsvarende stigning i elektrodeimpedandanssignalkvaliteten1. Derudover har talrige undersøgelser vist, at stive elektroder bestående af konventionelle silicium og metal elektroniske materialer producere betydelige skader og betændelse i neurale væv, som begrænser deres nytte for langsigtet optagelse2,3,4,5. I betragtning af disse kendsgerninger har der været betydelig interesse i at udvikle mikroelektroder med nye materialer, som kan reducere elektrodevævsgrænsefladens impedans og kan indarbejdes i bløde og fleksible formfaktorer.
En almindeligt anvendt metode til at reducere elektrode-væv interface impedans er at øge det område, hvor ioniske arter i den ekstracellulære væske kan interagere med elektroden, eller "effektivt overfladeareal" af elektroden. Dette kan opnås vednanomønstre6 , overfladeskrubning7eller galvanisering med porøse tilsætningsstoffer8,9. Nanomaterialer har fået betydelig opmærksomhed på dette område, fordi de tilbyder iboende høje specifikke overfladearealer og unikke kombinationer af gunstige elektriske og mekaniske egenskaber10. For eksempel har kulstof nanorør blevet brugt som en belægning til at reducere elektrode impedans11,12,13, grafenoxid er blevet behandlet til bløde, fleksible fritstående sonde elektroder14, og laser-pyrolyseret porøs grafen er blevet udnyttet til fleksible, lav-impedans mikro-elektrocorticografi (mikro-ECoG) elektroder15. På trods af deres løfte, en mangel på skalerbare samling metoder har begrænset den udbredte vedtagelse af nanomaterialer til neurale interfacing elektroder. Kulstofbaserede nanomaterialer er typisk hydrofobiske og kræver således anvendelse af overfladeaktive stoffer16, supersyrer17eller overfladefunktionisering18 til at danne vandige dispersioner til opløsningsforarbejdningsmetoder, mens alternative metoder til fremstilling, såsom kemisk dampaflejring (CVD), typisk kræver høje temperaturer, som er uforenelige med mange polymere substrater19,20,21 ,22.
For nylig, en klasse af to-dimensionelle (2D) nanomaterialer, kendt som MXenes, er blevet beskrevet, som tilbyder en ekstraordinær kombination af høj ledningsevne, fleksibilitet, volumetrisk kapacitans, og iboende hydrofilicity, hvilket gør dem til en lovende klasse af nanomaterialer til neurale interfacing elektroder23. MXenes er en familie af 2D overgang metal carbidider og nitrides, som er mest almindeligt produceret ved selektivt ætsning A-elementet fra lagdelte prækursorer. Disse er typisk MAX faser med den generelle formel Mn +1AXn, hvor M er en tidlig overgang metal, A er en gruppe 12−16 element i det periodiske system, X er kulstof og / eller kvælstof, og n = 1, 2 eller 324. Todimensionale MXene flager har overflade-afslutning funktionelle grupper, der kan omfatte hydroxyl (−OH), ilt (−O) eller fluor (-F). Disse funktionelle grupper gør MXenes i sagens natur hydrofile og muliggøre fleksibel overflade modifikation eller funktionalisering. Af den store klasse af MXenes, Ti3C2 har været den mest omfattende undersøgt og karakteriseret25,26,27. Ti3C2 viser bemærkelsesværdigt højere volumetrisk kapacitans (1.500 F/cm3)28 end aktiveret grafen (~ 60−100 F/cm3)29, carbide-afledte kulstof (180 F/cm3)30, og grafen gel film (~ 260 F/cm3)31. Desuden viser Ti3C2 ekstremt høj elektronisk ledningsevne (~10.000 S/cm)32, og dens biokompatibilitet er blevet påvist i flere undersøgelser33,34,35,36. Den høje volumetriske kapacitans af Ti3C2 film er fordelagtigt for biologiske sensing og stimulation applikationer, fordi elektroder, der udviser kapacittær afgift overførsel kan undgå potentielt skadelige hydrolyse reaktioner.
Vores gruppe har for nylig vist fleksible, tyndfilm Ti3C2 mikroelektrode arrays, tilberedt ved hjælp af opløsningsbehandlingsmetoder, som er i stand til at registrere både mikro-elektrocorticography (mikro-ECoG) og intrakortikale neuronal spiking aktivitet in vivo med høj SNR36. Disse MXene elektroder viste signifikant reduceret impedans i forhold til størrelsesmatchede guld (Au) elektroder, som kan tilskrives den høje ledningsevne af MXene og det høje overfladeareal af elektroderne. I denne protokol beskriver vi de vigtigste trin til fremstilling af planar mikroelektrode arrays af Ti3C2 MXene på fleksible parylen-C substrater og udnytte dem in vivo til intraoperativ mikro-ECoG optagelse. Denne metode udnytter mXenes hydrofile karakter, hvilket gør det muligt at anvende opløsningsbehandlingsmetoder, der er enkle og skalerbare, uden at det kræver brug af overfladeaktive stoffer eller supersyrer for at opnå stabile vandige suspensioner. Denne nem procesbarhed kan muliggøre omkostningseffektiv produktion af MXene biosensorer i industriel skala, hvilket har været en væsentlig begrænsning for den udbredte anvendelse af udstyr baseret på andre kulstofnanomaterialer. Den vigtigste innovation inden for elektrodefabrikationen ligger i brugen af et offerpolymert lag til mikromønster af MXene efter spin-coating, en metode tilpasset fra litteratur om opløsningsforarbejdet poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly (styrne sulfonat) (PEDOT:PSS) mikroelektroder37, men som ikke tidligere var blevet beskrevet for mønstering MXene. De ekstraordinære elektriske egenskaber af Ti3C2,kombineret med dens processability og 2D morfologi gør det til et meget lovende materiale til neurale grænseflader. Ti3C2 tilbyder især en vej til at overvinde den grundlæggende afvejning mellem elektrodegeometrisk område og elektrokemisk grænsefladeimpedans, en primær begrænsende faktor for mikroskalaelektrodeydelse. Derudover kan den fabrikationsprocedure, der er beskrevet i denne protokol, tilpasses til at producere MXene elektrodearrays af forskellig størrelse og geometri til forskellige optagelsesparadigmer og kan også nemt tilpasses til at inkorporere andre ledende trykfarver udover MXene.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>00-90 screw</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>90910A630</td>
			<td>Skull screw around which ground wire is wrapped</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>128ch stimulation/recording controller</td>
			<td>Intan Technologies</td>
			<td></td>
			<td>A component of the neural recording system.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>175 mL polypropylene (PP) conical centrifuge tubes</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>REF: 352076</td>
			<td>Used for washing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>18 position 0.5 mm pitch ZIF connector</td>
			<td>Molex</td>
			<td>505110-1892</td>
			<td>Used to interface the flexible Parylene microelectrode array with the PCB adapter board.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>18 position dual row male nano-miniature (.025&#34;/.64mm) connector</td>
			<td>Omnetics Connector Corporation</td>
			<td>A79008-001</td>
			<td>Used to interface the PCB adapter board to the recording headstage.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3ML Disposable Plastic Set Transfer Graduated Pipettes</td>
			<td>Rienar</td>
			<td>Rienar-3ML-20PCS</td>
			<td>Used for transferring etchant or MXene solutions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL polyproylene (PP) concial centrifuge tube</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>REF: 352070</td>
			<td>Used for washing and size selection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Al etchant Type A</td>
			<td>Transene</td>
			<td>060-0026000-QT</td>
			<td>For removing Al etch mask layer after final Parylene-C etch.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum Powder, -325 Mesh, 99.5% (metals basis), particle size &#60; 44 &#181;m</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>CAS: 7429-90-5</td>
			<td>Used for MAX synthesis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AutoCAD software</td>
			<td>Autodesk Inc.</td>
			<td></td>
			<td>Design software for drawing photomasks. Free alternatives include DraftSight and LayoutEditor.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buffered Oxide Etchant 6:1</td>
			<td>JT Baker</td>
			<td>1178-03</td>
			<td>For removing SiO2 layer to expose MXene electrode contacts at the end of the fabrication procedure.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprenorphine SR</td>
			<td>Wildlife Pharmaceuticals</td>
			<td></td>
			<td>Analgesia for rat surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Hermle</td>
			<td>Benchmark Z 446</td>
			<td>Used for washing and size selection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dexdomitor</td>
			<td>Midwest Veterinary Supply</td>
			<td>193.13250.3</td>
			<td>Anesthesia for rat surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drill burr</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>19007-07</td>
			<td>Burrs for drill</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electric drill</td>
			<td>Foredom</td>
			<td>K.1070</td>
			<td>Micromotor drill for craniotomies</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electron beam evaporator</td>
			<td>Kurt J. Lesker Company</td>
			<td></td>
			<td>Used to evaporate Ti, Au, and SiO2 during fabrication. Most university clean rooms have this or a similar tool.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ground wire</td>
			<td>A-M Systems</td>
			<td>781500</td>
			<td>Bare silver wire</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Headspace Vial, glass</td>
			<td>Supelco</td>
			<td>REF: 27298</td>
			<td>Used for storing MXene solutions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid (12.1N)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>CAS: 7647-01-0</td>
			<td>Corrosive; etchant material</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrofluoric Acid, (48-51% solution in H2O)</td>
			<td>Acros</td>
			<td>CAS: 7664-39-3</td>
			<td>Etchant material</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jupiter II RIE system</td>
			<td>March Plasma Systems Inc.</td>
			<td></td>
			<td>Planar RIE etching system used to etch the Parylene-C using O2 plasma. Most university clean rooms have a comparable planar RIE etching system.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kapton standard polyimide tape, 1/4&#34;</td>
			<td>DuPont</td>
			<td></td>
			<td>Used to add thickness to the Au bonding pad region of the flexible Parylene microelectrode array for insertion into the ZIF connector.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketamine</td>
			<td>Hospital of the Univ. of Penn.</td>
			<td></td>
			<td>Anesthesia for rat surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KLA P-7 Stylus Profilometer</td>
			<td>KLA Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Used the measure 2D profiles to confirm complete etching through the sacrificial parylene-C layer in step 2.4.2. Most university clean rooms have this or a comparable stylus profilometer tool.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium chloride, 99% for analysis, anhydrous</td>
			<td>Acros</td>
			<td>CAS: 7447-41-8</td>
			<td>Hygroscopic; delamination material</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MA6 mask aligner</td>
			<td>Karl Suss Microtec AG</td>
			<td></td>
			<td>Used to align each photomask to the pattern on the wafer and expose the wafer to UV light. Most university clean rooms have this or a similar tool.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-90 cleaning solution</td>
			<td>International Products Corporation</td>
			<td>M-9050-12</td>
			<td>Used as the anti-adhesive layer to enable removal of the sacrificial Parylene-C layer to pattern the MXene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NR71-3000p photoresist</td>
			<td>Futurrex Inc.</td>
			<td>NR71-3000p</td>
			<td>Negative photoresist used to define Ti/Au traces and MXene patterns in the devices.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ophthalmic ointment</td>
			<td>Midwest Veterinary Supply</td>
			<td>193.63200.3</td>
			<td>To prevent corneal drying during surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parylene deposition system</td>
			<td>Specialty Coating Systems</td>
			<td></td>
			<td>Used to evaporate thin conformal films of Parylene-C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parylene-C dimer</td>
			<td>Specialty Coating Systems</td>
			<td>980130-c-01lbe</td>
			<td>Flexible polymer used as bottom and top passivating layers for the flexible MXene devices</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photomasks (chrome on soda lime glass)</td>
			<td>University of Pennsylvania</td>
			<td></td>
			<td>Our photomasks were produced in the University clean room using a Heidelberg DWL66+ laser writer system, however several vendors manufacture photomasks from provided design files.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Povidone-iodine solution</td>
			<td>Medline</td>
			<td>MDS093901</td>
			<td>To help prevent infection around scalp incision</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Printed Circuit Board (PCB)</td>
			<td>Advanced Circuits</td>
			<td></td>
			<td>Used to interface between the MXene electrode array and the measurement electronics such as the potentiostat and the Intan recording system. Advanced Circuits and other vendors manufacture and assemble PCBs based on the provided design files.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RD6 Developer</td>
			<td>Futurrex Inc.</td>
			<td>RD6 Developer</td>
			<td>Used to develop NR71-3000p negative photoresist following UV exposure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reference 600 potentiostat</td>
			<td>Gamry Instruments</td>
			<td></td>
			<td>Used to measure the electrodes&#39; impedance to assess quality of the devices</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Remover PG</td>
			<td>MicroChem Corp.</td>
			<td>G050200</td>
			<td>Used to remove NR71-3000p following metal deposition to perform lift-off patterning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RHS2000 Stim SPI interface cable</td>
			<td>Intan Technologies</td>
			<td></td>
			<td>A component of the neural recording system.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RHS2116 amplifier board</td>
			<td>Intan Technologies</td>
			<td></td>
			<td>A component of the neural recording system.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Si wafers</td>
			<td>Wafer World</td>
			<td>2885</td>
			<td>Substrate for fabrication</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin Coater</td>
			<td>Cost Effective Equipment</td>
			<td></td>
			<td>For coating wafers with resists and applying the Micro-90 and MXene layers. Most university clean rooms have spin coaters.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereotaxic frame</td>
			<td>Kopf Instruments</td>
			<td>Model 902</td>
			<td>For positioning the rat for neurosurgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Teflon-coated magnetic stir bar</td>
			<td>Corning</td>
			<td>REF: 1233W95</td>
			<td>Used to stir during etching and intercalation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Titanium carbide, 99.5% (metals basis), particle size ~2 &#181;m</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>CAS: 12070-08-5</td>
			<td>Used for MAX synthesis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Titanium powder, -325 mesh, 99% (metals basis), particle size &#60; 44&#181;m</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>CAS: 7440-32-6</td>
			<td>Used for MAX synthesis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic bath sonicator</td>
			<td>Reynolds Tech</td>
			<td></td>
			<td>For removing metal and photoresist particles during lift-off processes to pattern metals.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV vis spectrophotometer</td>
			<td>ThermoScientific</td>
			<td>Evolution 201</td>
			<td>Used to determine concentration and observe absorption peak</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zetasizer, Particle Size Analysis</td>
			<td>Malvern Panalytical</td>
			<td>Nano ZS</td>
			<td>Used to determine particle lateral size distibution</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of ti3c2 mxene microelectrode arrays for in vivo neural recording

Implantable mikroelektrode teknologier har været meget udbredt til at belyse neurale dynamik på mikroskala for at få en dybere forståelse af neurale fundament af hjernesygdom og skade. Da elektroder er miniaturiseret til omfanget af de enkelte celler, en tilsvarende stigning i grænsefladen impedans begrænser kvaliteten af registrerede signaler. Derudover er konventionelle elektrodematerialer stive, hvilket resulterer i et betydeligt mekanisk misforhold mellem elektroden og det omgivende hjernevæv, hvilket fremkalder en inflammatorisk reaktion, der i sidste ende fører til en forringelse af enhedens ydeevne. For at løse disse udfordringer har vi udviklet en proces til fremstilling af fleksible mikroelektroder baseret på Ti3C2 MXene, et nyligt opdaget nanomateriale, der besidder bemærkelsesværdigt høj volumetrisk kapacitans, elektrisk ledningsevne, overfladefunktionalitet og processabilitet i vandige dispersioner. Fleksible arrays af Ti3C2 MXene mikroelektroder har bemærkelsesværdigt lav impedans på grund af den høje ledningsevne og høje specifikke overfladeareal af Ti3C2 MXene film, og de har vist sig at være udsøgt følsomme til optagelse neuronal aktivitet. I denne protokol beskriver vi en ny metode til mikromønstret Ti3C2 MXene i mikroelektrodearrays på fleksible polymere substrater og skitserer deres anvendelse til in vivo mikroelektrocorticography optagelse. Denne metode kan nemt udvides til at skabe MXene elektrode arrays af vilkårlig størrelse eller geometri til en række andre anvendelser i bioelektronik, og det kan også tilpasses til brug med andre ledende blæk foruden Ti3C2 MXene. Denne protokol muliggør enkel og skalerbar fremstilling af mikroelektroder fra løsningsbaserede ledende trykfarver og gør det specifikt muligt at udnytte de unikke egenskaber ved hydrofile Ti3C2 MXene at overvinde mange af de barrierer, der længe har hindret den udbredte vedtagelse af kulstofbaserede nanomaterialer til neurale mikroelektroder med høj nøjagtighed.

Prøvemikro-ECoG-data, der er registreret på et MXene mikroelektrodearray , vises i figur 5. Efter anvendelse af elektrodearrayet på cortex, klare fysiologiske signaler blev straks synlige på optagelsen elektroder, med ca 1 mV amplitude ECoG signaler vises på alle MXene elektroder. Effektspektre af disse signaler bekræftede tilstedeværelsen af to hjernerytmer, der almindeligvis blev observeret hos rotter under ketamin-dexmedetomidinanæstesi: 1−2 Hz langsomme svingninger og γ-svingn...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays for In Vivo Neural Recording at JoVE.com

Fabrication of Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays for In Vivo Neural Recording

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

Fabrikation af Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays til In Vivo Neural Optagelse

Implantable microelectrode technologies have been widely used to elucidate neural dynamics at the microscale to gain a deeper understanding of the neural ...

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.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Fabrication of Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays for In Vivo Neural Recording

Fabrication of Micropatterned Hydrogels for Neural Culture Systems using Dynamic Mask Projection Photolithography

Increasingly, patterned cell culture environments are becoming a relevant technique to study cellular characteristics, and many researchers believe in the ...

Fabrication of Electrochemical-DNA Biosensors for the Reagentless Detection of Nucleic Acids, Proteins and Small Molecules

As medicine is currently practiced, doctors send specimens to a central laboratory for testing and thus must wait hours or days to 
receive the results. ...

Adaptation of a Haptic Robot in a 3T fMRI

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) provides excellent functional brain imaging via the BOLD signal 1 with advantages including non-ionizing ...

High efficiency, Site-specific Transfection of Adherent Cells with siRNA Using Microelectrode Arrays (MEA)

High efficiency, Site-specific Transfection of Adherent Cells with siRNA Using Microelectrode Arrays MEA

Høj effektivitet, Site-specifik Transfektion af adhærente celler med siRNA Brug mikroelektrode Arrays (MEA)

The discovery of RNAi pathway in eukaryotes and the subsequent development of RNAi agents, such as siRNA and shRNA, have achieved a potent method for ...

Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents.

Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents.

Fabrikation og Implantation af Miniature Dual-element strain gauges til måling<em&gt; In Vivo</em&gt; Mave Sammentrækninger i gnavere.

Gastrointestinal dysfunction remains a major cause of morbidity and mortality. Indeed, gastrointestinal (GI) motility in health and disease remains an ...

Sealable Femtoliter Chamber Arrays for Cell-free Biology

Forsegles Femtoliter Chamber Arrays for celle-fri Biology

Cell-free systems provide a flexible platform for probing specific networks of biological reactions isolated from the complex resource sharing (e.g., ...

Easy and Accurate Mechano-profiling on Micropost Arrays

Nem og præcis mekanisk-profilering på Micropost Arrays

Cell culture substrates with integrated flexible microposts enable a user to study the mechanical interactions between cells and their immediate ...

Improved 3D Hydrogel Cultures of Primary Glial Cells for In Vitro Modelling of Neuroinflammation

Improved 3D Hydrogel Cultures of Primary Glial Cells for In Vitro Modelling of Neuroinflammation

Forbedret 3D Hydrogel kulturer af primære Glial celler for In Vitro modellering af Neuroinflammation

In the central nervous system, numerous acute injuries and neurodegenerative disorders, as well as implanted devices or biomaterials engineered to enhance ...

Rigid Embedding of Fixed and Stained, Whole, Millimeter-Scale Specimens for Section-free 3D Histology by Micro-Computed Tomography

Stive indlejring af faste og plettet, hele, Millimeter-skala prøver for sektion-gratis 3D histologi ved mikro-beregnet tomografi

For over a hundred years, the histological study of tissues has been the gold standard for medical diagnosis because histology allows all cell types in ...

Interfacing Microfluidics with Microelectrode Arrays for Studying Neuronal Communication and Axonal Signal Propagation

Interfacing mikrofluidik med mikroelektrode Arrays til at studere Neuronal kommunikation og cytoskeletale Signal formering

Microelectrode arrays (MEAs) are widely used to study neuronal function in vitro. These devices allow concurrent non-invasive recording/stimulation of ...