Name: fabrication of ti3c2 mxene microelectrode arrays for in vivo neural recording
Uploaded: 2020-02-12T13:00:00
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この作業は、国立衛生研究所によってサポートされました (助成金いいえ.R21-NS106434)、てんかんテイクフライト賞の研究のための市民連合、ミロフスキファミリー財団とニールとバーバラスミット(F.V.);国立科学財団大学院研究フェローシップ・プログラム(助成金無し)DGE-1845298からN.D.とB.M.へ);陸軍研究事務所(協力協定番号W911NF-18-2-0026からK.M.へ);エッジウッド化学生物センターの表面科学イニシアチブプログラム(PE 0601102AプロジェクトVR9からY.G.とK.M.)を介してアメリカ陸軍によって。この研究は、国立科学財団国立科学財団国立ナノテクノロジー協調インフラプログラム(NNCI-1542153)の支援を受けたシンナノテクノロジーセンターで部分的に行われました。

すべてのin vivo手順は、国立衛生研究所(NIH)実験動物のケアと使用のためのガイドに準拠し、ペンシルベニア大学の施設動物ケアおよび使用委員会(IACUC)によって承認されました。
1. Ti3C2 MXeneの合成
注:このセクションで説明する反応手順は、化学ヒュームフード内での使用を目的としています。この手順に含まれる洗浄工程は、バ...

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このプロトコル(HF/HCl/LiCl)に記載のMXene合成および剥離手順は、LiF/HCl(in situ HF)エチャント培地26を採用したMILDエッチングアプローチから構築された。MILDアプローチは、pH〜5-6が達成された後、大きなTi3C2フレーク(横サイズで数μm)を洗浄中に自然に剥離することを可能にする。HF単体でエッチングする場合と比べて、電子伝導性や化学的安定性など、高品質で?...

神経回路の根底にある基本的なメカニズムを理解し、そのダイナミクスが疾患や傷害でどのように変化するかを理解することは、幅広い神経学的および神経筋的疾患に対する効果的な治療法を開発するための重要な目標です。微細な空間的および時間的スケールの神経動態を解明するために、微小電極技術が広く用いられてきた。しかし、マイクロスケール電極から高い信号対雑音比(SNR)で安定した記録を得ることが特に困難であることが証明されています。電極の寸法が細胞規模に近づくように小さくなるにつれて、対応する電極インピーダンスの上昇は信号品質を低下させる1。さらに、従来のシリコンおよび金属電子材料で構成される剛性電極が神経組織に大きな損傷と炎症を引き起こし、長期記録2、3、4、5の有用性が制限されることを多くの研究が示している。これらの事実を踏まえ、電極組織界面インピーダンスを低減し、柔らかく柔軟なフォームファクターに組み込むことができる新しい材料を用いた微小電極の開発に大きな関心が寄せられています。
電極組織界面インピーダンスを低減するための一般的な方法の1つは、細胞外流体中のイオン種が電極と相互作用できる領域、または電極の「有効表面積」を増加させることである。これはナノパターン化6、表面粗化7、または多孔質添加剤8、9で電気めっきによって達成することができる。ナノ材料は、本質的に高い比表面積と有利な電気的および機械的特性10のユニークな組み合わせを提供するため、この分野で大きな注目を集めています。例えば、カーボンナノチューブは電極インピーダンス11,12,13を著しく低減するコーティングとして用いられてきたが、酸化グラフェンは柔らかく柔軟な自由自立型プローブ電極14に加工されており、レーザー熱分解性多孔質グラフェンは柔軟性のある低インピーダンスマイクロコーコリチ法(micro-ECoG)電極15に利用されている。彼らの約束にもかかわらず、スケーラブルな組み立て方法の欠如は、神経界面電極のためのナノ材料の広範な採用を制限している。特に炭素系ナノ材料は、典型的には疎水性であり、したがって、界面活性剤16、スーパーアシッド17、または表面官能化18を使用して溶液処理製造方法のための水性分散液を形成する必要がある一方、化学気相成長(CVD)などの代替製造方法は、通常、多くのポリマー基板19、20、21と互換性のない高温を必要とする、22.
近年、MXenesとして知られる2次元(2D)ナノ材料のクラスは、高い導電性、柔軟性、体積容量、および固有の親水性の例外的な組み合わせを提供する、それらに神経界面電極23のためのナノ材料の有望なクラスを作る説明されている。MXenesは、層状前駆体からA元素を選択的にエッチングすることによって最も一般的に産生される2D遷移金属炭化物および窒化物のファミリーである。これらは通常、一般式Mn+1AXnを有するMAX相であり、ここでMは初期遷移金属であり、Aは周期表の12−16族元素であり、Xは炭素および/または窒素であり、n=1、2、または324である。2 次元 MXene フレークには、ヒドロキシル(−OH)、酸素(-O)、またはフッ素(-F)を含む表面終端機能基があります。これらの官能基は、MXenesを本質的に親水性にし、柔軟な表面修飾または機能化を可能にする。MXenesの大きなクラスのうち、Ti3C2は最も広範に研究され、特徴付けられる25、26、27である。Ti3C2は、活性グラフェン(〜60-100F/cm3)29、炭化物由来炭素(180F/cm 3)、およびグラフェンゲルフィルム(約260F/cm3)よりも著しく高い体積容量(1,500 F/cm3)28を示す。 さらに、Ti3C2は、極めて高い電子伝導性(〜10,000S/cm)32を示し、その生体適合性は、いくつかの研究33、34、35、36において実証されている。容量性電荷移動を示す電極は潜在的に有害な加水分解反応を回避できるため、Ti3C2フィルムの高い体積容量は、生物学的センシングおよび刺激用途に有利である。
我々のグループは最近、高いSNR36を有する生体内でマイクロココチコグラフィー(micro-ECoG)および皮質内皮質スパイク活性の両方を記録することができる溶液処理方法を用いて調製した柔軟な薄膜Ti3C2微小電極アレイを実証した。これらのMXene電極は、MXeneの高い導電率および電極の高い表面積に起因することができるサイズマッチ金(Au)電極と比較して有意に減少したインピーダンスを示した。このプロトコルでは、柔軟なパリレン-C基板上にTi3C2 MXeneの平面微小電極アレイを製造し、それらをインビボで手術中のマイクロECoG記録に利用するための重要なステップについて説明する。この方法は、MXeneの親水性を利用し、安定した水性懸濁液を達成するために界面活性剤またはスーパーアシッドの使用を必要としない一方で、シンプルでスケーラブルな溶液処理方法の使用を可能にする。この加工性の容易さは、工業的規模でのMXeneバイオセンサーの費用対効果の高い生産を可能にする可能性があり、これは他のカーボンナノ材料に基づくデバイスの広範な採用に大きな限界となっています。電極製造における重要な革新は、スピンコーティング後にMXeneをマイクロパターン化する犠牲ポリマー層の使用にある、溶液処理ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン):poly(スチレンスルホン酸塩)(PEDOT:PSS)微小電極37に関する文献から適応された方法であるが、MXeneのパターン化についてはこれまで説明されていなかった。Ti3C2の優れた電気的特性は、その加工性と2D形態と相まって、神経インターフェースにとって非常に有望な材料です。特に、Ti3C2は、微小規模電極性能の主要な制限要因である電極幾何学的領域と電気化学的界面インピーダンスの間の基本的なトレードオフを克服するためのルートを提供します。さらに、このプロトコルで説明する製造手順は、異なる記録パラダイムのための様々なサイズおよび幾何学的形状のMXene電極アレイを生成するために適合することができ、また、MXene以外の他の導電性インクを組み込むために容易に適合させることができる。

<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

埋め込み型微小電極技術は、脳疾患や傷害の神経基盤のより深い理解を得るために、マイクロスケールで神経ダイナミクスを解明するために広く使用されてきました。電極が個々のセルのスケールに合わせて小型化されると、インターフェイスインピーダンスの対応する上昇は、記録された信号の品質を制限します。さらに、従来の電極材料は硬く、電極と周囲の脳組織との間に著しい機械的ミスマッチをもたらし、最終的にはデバイス性能の低下をもたらす炎症反応を引き起こす。これらの課題に対処するために、我々はTi3C2 MXene、非常に高い体積容量、電気伝導率、表面機能性、および水分散液中の加工性を有する最近発見されたナノ材料に基づいて柔軟な微小電極を製造するプロセスを開発しました。Ti3C2 MXene微小電極の柔軟なアレイは、Ti3C2 MXeneフィルムの高い導電率と高比表面積のために著しく低いインピーダンスを有し、ニューロン活性を記録するために絶妙に敏感であることが証明されている。このプロトコルでは、柔軟なポリマー基板上の微小電極アレイにTi3C2 MXeneをマイクロパターニングする新しい方法を説明し、インビボマイクロコココココロコグラフィー記録の使用を概説する。この方法は、バイオエレクトロニクスの他の用途の範囲のために任意のサイズまたは幾何学的なMXene電極アレイを作成するために容易に拡張することができ、それはまた、Ti3C2 MXene以外の他の導電性インクとの使用のために適合させることができる。このプロトコルは、溶液ベースの導電性インクからの微小電極の単純でスケーラブルな製造を可能にし、特に親水性Ti3C2 MXeneのユニークな特性を利用して、高忠実度神経微小電極に対するカーボンベースのナノ材料の広範な採用を長い間妨げてきた多くの障壁を克服することを可能にする。

MXene微小電極アレイに記録されたサンプルマイクロECoGデータを図5に示す。皮質への電極アレイの適用に続いて、明確な生理学的信号は記録電極上ですぐに明らかにされ、約1 mV振幅ECoG信号はすべてのMXene電極に現れた。これらのシグナルのパワースペクトルは、ケタミン-デクスメデトミジン麻酔下のラットで一般的に観察される2つの脳リズムの存在を確認した:40-70Hzで?...

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Fabrication of Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays for In Vivo Neural Recording

ここでは、Ti3C2 MXene微小電極アレイを作製し、インビボのニューラル記録に利用する方法について説明する。

インビボニューラル記録のためのTi3C2 MXene微小電極アレイの作製

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

この合成プロトコルは10,000シーメンス/センチを超える金属伝導率の高品質MXeneインクを生成する。この技術の主な利点は、フィルムを損傷したり、電極に有害な残留物を残すことなく、MXeneフィルムの正確なマイクロパターニングを可能にすることです。チタンカーバイドインクを調製するには、選択的エッチング液を含む125ミリリットルの反応容器にチタンアルミニウムカーバイド前駆体2グラムをゆっくりと加え、1分間に400回転で摂氏35度で24時間テフロン磁気バーで溶液をかき混ぜます。インキュベーションの終わりに、2つの175ミリリットル遠心分離管に50ミリリットルの脱イオン水を加え、エッチング反応混合物をチューブ間で均等に分割し、150ミリリットルのマークに充填する。繰り返し遠心分離によって材料を洗浄し、プラスチック有害廃棄物容器に酸性上清をデカントし、上清溶液のpHがpH6以上になるまで遠心分離ステップの間にチューブに新鮮な水を加えます。多層MXene粒子間の分子のインターカレーションが平面相互作用から弱まるよう、100ミリリットルの脱イオン水に塩化リチウム2グラムを加え、毎分200回転で溶液をかき混ぜる。塩化リチウムが溶解したら、100ミリリットルの塩化リチウム溶液を炭化チタン炭化チタン炭化物堆積物と混合します。溶液を125ミリリットルのプラスチック容器に戻し、12時間摂氏25度、1分あたり200回転で反応をかき混ぜます。バルク多層粒子から単層から少数層の炭化MXeneへの剥離については、インターカレーション溶液を複数の遠心分離で洗浄し、暗い上清が観察されるまで透明な上清をデカントする。その後、薄くした緑色の上清をデカントする前に、暗い上清を1時間遠心分離します。150ミリリットルの脱イオン水で膨れ上がった沈み込み液を再分散させ、溶液を3本の50ミリリットル遠心管に均等に分割する。サンプルを遠心分離して残りの MXene 堆積物を MXene 上清から分離し、上清を 1 つのコンテナーにプールします。次に、さらにサイズを選択し、ソリューションの最適化のためにさらに1時間の溶液を遠心分離し、単一から少数の層フレークを分離します。チタンカーバイドマイクロ電極アレイの製造の場合、ポリレン-Cの厚さ4マイクロメートルの底層をクリーンシリコンウエハに付着させます。フォトリソグラフィを使用してウエハーの金属パターンを定義するには、スピンコートフォトレジストを3,000回転/分で1分あたり40秒間回転させ、ホットプレートにウェーハを95°Cで14.5分間柔らかく焼きます。次に、フォトマスク上のリングがウエハのすべてのエッジと重なるように、ウエハとマスク1つをマスクアライナーに取り付けます。90ミリジュール/センチメートルの平方線でアイラインの365ナノメートルの波長でウエハーを露出し、115°Cで1分間ホットプレート上でウエハーを硬く焼きます。ハードベークの最後に、連続撹拌で2分間RD6開発者にウエハーを浸し、脱イオン水で十分に洗い流し、窒素銃でブロードライします。電子ビームエバポレーターを使用して、10ナノメートルのチタンを、ウエハーに100ナノメートルの金を堆積させます。その後、フォトレジストが溶解し、余分な金属が完全に持ち上げられるまで、約10分間、ウェハーを溶剤ストリッパーに浸します。リフトオフが完了したら、ウェハーを30秒間超音波処理して不要な金属の残りの痕跡を取り除き、窒素銃で乾燥する前に新鮮な溶剤ストリッパーと脱イオン水でウエハースをすすきます。リフトオフプロセスの終了時に、金は目的の相互接続トレースとウェーハのエッジの周りのリングに表示されます。犠牲のパリレン-C層の堆積のために、最初にウエハーを酸素プラズマに30秒間露出し、下層のパリレンC層親水性をレンダーしてから、1分あたり1,000回転/毎分1分に希釈洗浄液を回転させます。実演したように、ウエハーに3マイクロメートルのパリレン-Cを堆積させる前に、ウエハーを少なくとも5分間乾燥させます。マスク2を用いた第2回フォトリソグラフィーの後、酸素プラズマ反応性イオンエッチングを用いて、フォトレジストで覆われない領域の犠牲パリレン-C層を通してエッチングし、MXene電極および微量を定義する。エッチングは、ウエハーの縁の周りのリングと同様にチタンゴールドの相互接続と部分的に重複する必要があります。次に、プロフィロメータを使用して、露出したチタンと金の相互接続と下層のパリレン-C層との間のプロファイルを測定し、犠牲のパリレン-C層の完全なエッチングを確認します。MXene溶液をウエハーにスピンコートするには、まず、必要なMXeneパターンのそれぞれに溶液を分配してから、1分あたり1,000回転で40秒間回転します。120°Cのホットプレートでウエハーを10分間乾燥させてMXene膜から残留水を取り除き、電子ビームエバポレーターを使用して保護された50ナノ二酸化ケイ素層をウェハに堆積させます。犠牲のパリレン-C層を除去するには、ウエハーの端に脱イオン水の小さな滴を置き、ウエハーの外側のリングで層のエッジが定義されているところから始まる犠牲のパリレン-C層を剥がすためにピンセットを使用する。次に、フレッシュ脱イオン水でウエハを十分に洗い流し、残りの洗浄液残渣を除去し、窒素銃でウエハを乾燥させます。乾燥したウエハーを120°Cのホットプレートに1時間置き、パターン化されたMXeneフィルムから残留水を取り除き、実証したように4マイクロメートルの厚層のパリレンCをウェハに堆積させます。マスク3でフォトリソグラフィをもう一度行った後、電子ビームエバポレーターを使用して100ナノメートルのアルミニウムをウェハに堆積させ、金属がウエハから完全に持ち上げられるまで10分間、ウェハを溶媒ストリッパーに浸します。実証されているように超音波処理、すすめ、乾燥後、アルミニウムは、電極および接合パッドのための開口部で装置を覆う観察することができる。酸素プラズマ反応性イオンエッチングを使用して、デバイスを囲むパリレン-C層を通して、MXene電極接点と金接合パッドの両方を覆う上部のパリレン-C層を通してエッチングします。装置間のウエハにパリレン-C残渣が残っていない場合は、アルミニウムエチャントタイプAの湿式ケミカルエッチングを摂氏50度で10分間、またはアルミニウムの目視跡がすべて消失した1分間まで使用してください。MXene電極を覆う酸化ケイ素をエッチングするには、6対1の緩衝酸化物エッチャントで湿った化学エッチングを30秒間使用します。その後、デバイスの端に脱イオン水の小さな滴を置きます。シリコン基板ウエハからデバイスを放出するキャピラリー作用により、デバイスの下に水が悪くなるようにデバイスを穏やかに剥がします。ここで、MXene微小電極アレイに記録されたサンプルマイクロ電界図データが示されている。推定皮質のダウン状態は、1〜2ヘルツの遅い振動のトラフに基づいています。電極アレイを皮質に適用した後、MXene電極のすべてに現れる約1ミリボルト振幅の電界評価信号を持つ記録電極に、明確な生理学的信号がすぐに明らかになった。これらのシグナルのパワースペクトルは、ケタミン・デクスメデトミジン麻酔下のラットで一般的に観察される2つの脳リズムの存在を確認した。さらに、遅発振のDOWN状態および選択的15〜30ヘルツベータ帯および40〜120ヘルツガンマバンドの電力増幅の間の署名広帯域電力減衰が遅い振動のUP状態の間に観察された。合成法の最適化により、光電子デバイス、スマートテキスタイルなど、他のアプリケーションへのMXenesの使用の拡大が可能になりました。この手順は、フッ化水素酸、アルミニウムエッチャント、およびフォトレジスト現像剤を含む危険な化学物質の使用を含む。これらの化学物質を取り扱う際には、必ず適切なPPEを使用してください。

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

動的なマスク投影リソグラフィーを用いたニューラル培養システムのためのマイクロパターンハイドロゲルの作製

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

生物工学

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

核酸、タンパク質と低分子のReagentless検出用電気化学DNAバイオセンサーの作製

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

3TのfMRIの中の触覚ロボットの適応

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

微小電極アレイを用いたsiRNAの付着細胞への高効率、サイト固有のトランス体（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.

測定するための小型のデュアルエレメントひずみゲージの作製と移植<em&gt;インビボ</em&gt;げっ歯類における消化管収縮。

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

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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 ...

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神経細胞のコミュニケーションと軸索の信号伝搬特性を研究するためマイクロ電極アレイとのインタ フェース

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