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 arbeidet ble støttet av National Institutes of Health (grant no. 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 (tilskuddsnr. DGE-1845298 til N.D. og B.M.); Hærens forskningskontor (Samarbeidsavtale nummer W911NF-18-2-0026 til K.M.); og av den amerikanske hæren via Surface Science Initiative Program ved Edgewood Chemical Biological Center (PE 0601102A Project VR9 til Y.G. og K.M.). Dette arbeidet ble utført delvis ved Singh Center for Nanotechnology, som støttes av National Science Foundation National Nanotechnology Coordinated Infrastructure Program (NNCI-1542153).

Alle in vivo prosedyrer i samsvar med National Institutes of Health (NIH) Guide for omsorg og bruk av laboratoriedyr og ble godkjent av Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) ved University of Pennsylvania.
1. Syntese av Ti3C2 MXene
MERK: Reaksjonsprosedyrene som er beskrevet i denne delen er beregnet for bruk inne i en kjemisk røykhette. Vasketrinn som inngår i denne prosedyren er ment å brukes med balansertsentrifugerø...

<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-syntesen og dellamineringsprosedyren som er beskrevet i denne protokollen (HF/HCl/LiCl), ble bygget fra MILD etsningsmetoden som brukte en LiF/HCl (in situ HF) etchant medium26. MILD-tilnærmingen gjør det mulig for store Ti3C2 flak (flere μm i lateral størrelse) som spontant kan dellegges under vasking når pH ~ 5−6 er oppnådd. Sammenlignet med etsing med HF alene, resulterer dette i materiale med høyere kvalitet og forbedrede materialegenskaper, som elektronisk...

Å forstå de grunnleggende mekanismene som ligger til grunn for nevrale kretser, og hvordan deres dynamikk endres i sykdom eller skade, er et kritisk mål for å utvikle effektive terapeutiske midler for et bredt spekter av nevrologiske og nevromuskulære lidelser. Mikroelektrodeteknologier har blitt mye brukt til å belyse nevrale dynamikker på fine romlige og timelige skalaer. Men å skaffe stabile opptak med høyt signal-til-støy-forhold (SNR) fra mikroskalaelektroder har vist seg å være spesielt utfordrende. Etter hvert som dimensjonene til elektrodene reduseres for å nærme seg mobilskala, forringer en tilsvarende økning i elektrodeimpedanssignalkvalitet1. I tillegg har mange studier vist at stive elektroder bestående av konvensjonelle silisium og metall elektroniske materialer gir betydelig skade og betennelse i nevrale vev, noe som begrenser deres nytte for langsiktig opptak2,3,4,5. Gitt disse fakta, det har vært betydelig interesse i å utvikle mikroelektroder med nye materialer som kan redusere elektrode-vev grensesnitt impedans og kan innlemmes i myke og fleksible formfaktorer.
En vanlig brukt metode for å redusere elektrodevevsgrensesnittets impedans øker området over hvilke ioniske arter i den ekstracellulære væsken kan samhandle med elektroden, eller det "effektive overflateområdet" av elektroden. Dette kan oppnås gjennom nanopatterning6, overflate roughening7,eller elektroplating med porøse tilsetningsstoffer8,9. Nanomaterialer har fått betydelig oppmerksomhet på dette feltet fordi de tilbyr iboende høye spesifikke overflateområder og unike kombinasjoner av gunstige elektriske og mekaniske egenskaper10. For eksempel har karbonnanorør blitt brukt som et belegg for å redusere elektrodeimpedansen11,12,13, grafenoksid har blitt behandlet til myke, fleksible frittstående sondeelektroder14,og laserpyrolyserte porøse grafen er benyttet for fleksible, lavimpedans mikro-elektrocorticography (mikro-ECoG) elektroder15. Til tross for deres løfte har mangel på skalerbare monteringsmetoder begrenset den utbredte innføringen av nanomaterialer for nevrale grensesnittelektroder. Karbonbaserte nanomaterialer er spesielt hydrofobe, og krever dermed bruk av overflateaktive stoffer16,supersyrer17eller overflatefunksjonalisering18 for å danne vandige dispersjoner for løsningsprosesseringsfabrikasjonsmetoder, mens alternative metoder for fabrikasjon, for eksempel kjemisk dampdeponering (CVD), vanligvis krever høye temperaturer som er uforenlige med mange polymere substrater19,20,21 ,22.
Nylig har en klasse av todimensjonale (2D) nanomaterialer, kjent som MXenes, blitt beskrevet som gir en eksepsjonell kombinasjon av høy ledningsevne, fleksibilitet, volumetrisk kapasitans og iboende hydrofilitet, noe som gjør dem til en lovende klasse av nanomaterialer for nevrale grensesnittelektroder23. MXenes er en familie av 2D overgang metall karbider og nitrider som er oftest produsert ved selektivt etsing A-elementet fra lagdelte forløpere. Dette er vanligvis MAX-faser med den generelle formelen Mn+1AXn, der M er et tidlig overgangsmetall, A er et gruppe 12-16-element i den periodiske tabellen, X er karbon og/eller nitrogen, og n = 1, 2 eller 324. Todimensjonale MXene flak har overflateavsluttende funksjonelle grupper som kan omfatte hydroksyl (−OH), oksygen (−O) eller fluor (−F). Disse funksjonelle gruppene gjør MXenes iboende hydrofil og muliggjør fleksibel overflatemodifisering eller funksjonalisering. Av den store klassen av MXenes har Ti3C2 vært den mest omfattende studerte og karakteriserte25,26,27. Ti3C2 viser bemerkelsesverdig høyere volumetrisk kapasitans (1500 F /cm3)28 enn aktivert grafen (~ 60−100 F/cm3)29, karbidavledet karboner (180 F / cm3)30,og grafen gel filmer (~ 260 F / cm3)31. Videre viser Ti3C2 ekstremt høy elektronisk ledningsevne (~ 10.000 S / cm)32, og dens biokompatibilitet har blitt vist i flere studier33,34,35,36. Den høye volumetriske kapasitansen til Ti3C2-filmer er en fordel for biologiske sensing- og stimuleringsapplikasjoner, fordi elektroder som viser kapasitive ladeoverføring, kan unngå potensielt skadelige hydrolysereaksjoner.
Vår gruppe har nylig vist fleksible, tynnfilm Ti3C2 mikroelektrode arrays, utarbeidet ved hjelp av løsningsbehandlingsmetoder, som er i stand til å registrere både mikro-elektrocorticography (micro-ECoG) og intrakortikal neuronal spiking aktivitet in vivo med høy SNR36. Disse MXene elektrodene viste betydelig redusert impedans sammenlignet med størrelsestilpassede gull (Au) elektroder, som kan tilskrives den høye ledningsevnen til MXene og det høye overflatearealet av elektrodene. I denne protokollen beskriver vi de viktigste trinnene for å fabrikkere planar mikroelektrodearrayer av Ti3C2 MXene på fleksible paryl-C-substrater og bruk dem på vivo for intraoperativ mikro-ECoG-opptak. Denne metoden utnytter den hydrofile naturen til MXene, noe som gjør det mulig å bruke løsningsbehandlingsmetoder som er enkle og skalerbare, samtidig som den ikke krever bruk av overflateaktive stoffer eller supersyrer for å oppnå stabile vandige suspensjoner. Denne enkle prosessen kan muliggjøre kostnadseffektiv produksjon av MXene biosensorer i industrielle skalaer, noe som har vært en stor begrensning for den utbredte innføringen av enheter basert på andre karbonnanomaterialer. Den viktigste innovasjonen i elektrodefabrikasjonen ligger i bruk av et offerpolymerlag for å mikromønstre MXene etter spin-belegg, en metode tilpasset fra litteratur om løsningsbehandlet poly(3,4-etyledioxythiophene):poly(styren) (PEDOT:PSS) mikroelektroder37, men som ikke tidligere hadde blitt beskrevet for mønstermxen. De eksepsjonelle elektriske egenskapene til Ti3C2, kombinert med sin processability og 2D morfologi gjør det til et svært lovende materiale for nevrale grensesnitt. Spesielt tilbyr Ti3C2 en rute mot å overvinne den grunnleggende avveiningen mellom elektrodegeometrisk område og elektrokjemisk grensesnittimpedans, en primær begrensende faktor for mikroskala elektrodeytelse. I tillegg kan fabrikasjonsprosedyren som er beskrevet i denne protokollen tilpasses for å produsere MXene elektrodearrayer av varierende størrelser og geometrier for ulike opptaksparadigmer, og kan også enkelt tilpasses for å innlemme andre ledende blekk i tillegg til 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

Implanterbare mikroelektrodeteknologier har blitt mye brukt til å belyse nevrale dynamikker på mikroskalaen for å få en dypere forståelse av nevrale underbyggelse av hjernesykdom og skade. Ettersom elektroder miniatyriseres til omfanget av individuelle celler, begrenser en tilsvarende økning i grensesnittimpedansen kvaliteten på registrerte signaler. I tillegg er konvensjonelle elektrodematerialer stive, noe som resulterer i en betydelig mekanisk mismatch mellom elektroden og det omkringliggende hjernevevet, noe som fremkaller en inflammatorisk respons som til slutt fører til en nedbrytning av enhetens ytelse. For å løse disse utfordringene har vi utviklet en prosess for å fremstille fleksible mikroelektroder basert på Ti3C2 MXene, et nylig oppdaget nanomateriale som besitter bemerkelsesverdig høy volumetrisk kapasitans, elektrisk ledningsevne, overflatefunksjonalitet og prosessabilitet i vandige dispersjoner. Fleksible arrayer av Ti3C2 MXene mikroelektroder har bemerkelsesverdig lav impedans på grunn av høy ledningsevne og høyt spesifikt overflateareal av Ti3C2 MXene-filmene, og de har vist seg å være utsøkt følsomme for opptak av nevronal aktivitet. I denne protokollen beskriver vi en ny metode for mikromønster Ti3C2 MXene i mikroelektrodearrayer på fleksible polymeriske substrater og skisserer bruken for in vivo mikroelektrocorticography opptak. Denne metoden kan enkelt utvides til å lage MXene elektrode arrays av vilkårlig størrelse eller geometri for en rekke andre applikasjoner i bioelektronikk, og det kan også tilpasses for bruk med andre ledende blekk i tillegg til Ti3C2 MXene. Denne protokollen muliggjør enkel og skalerbar fabrikasjon av mikroelektroder fra løsningsbaserte ledende blekk, og gjør det spesielt mulig å utnytte de unike egenskapene til hydrofile Ti3C2 MXene for å overvinne mange av barrierene som lenge har hindret den utbredte innføringen av karbonbaserte nanomaterialer for høy-fidelity nevrale mikroelektroder.

Eksempel på mikro-ECoG-data registrert på en MXene mikroelektrodematrise er vist i figur 5. Etter påføring av elektrodematrisen på cortex, var klare fysiologiske signaler umiddelbart tydelige på opptakselektrodene, med ca. 1 mV amplitude ECoG-signaler som vises på alle MXene-elektroder. Effektspektra av disse signalene bekreftet tilstedeværelsen av to hjernerytmer som vanligvis observeres hos rotter under ketamin-deksmedeomiinanestesi: 1-2 Hz langsomme svingninger og γsvingninger ve...

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 for å fabrikkere Ti3C2 MXene mikroelektrode arrayer og utnytte dem for in vivo nevrale opptak.

Fabrikasjon av Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays for In Vivo Neural Recording

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

Denne synteseprotokollen produserer MXene-blekk av høy kvalitet med en metallisk konduktivitet som når over 10 000 Siemens per centimeter. Den største fordelen med denne teknikken er at den muliggjør nøyaktig mikro-mønster av MXene filmer uten å skade filmen eller forlate skadelige rester på elektrodene. For å forberede et titankarbidblekk, legg langsomt til to gram titanaluminaluminkarbidforløper til en 125 milliliter reaksjonsbeholder som inneholder selektiv etsingsløsning og rør løsningen med en Teflon magnetisk bar i 24 timer ved 35 grader Celsius ved 400 rotasjoner per minutt.På slutten av inkubasjonen, tilsett 50 milliliter av deionisert vann til to 175 milliliter sentrifugerør, del etsingreaksjonsblandingen likt mellom rørene, og fyll til 150 millilitermerket. Vask materialet ved gjentatt sentrifugering, dekanterer det sure overnatantet i en plastbeholder for farlig avfall og tilsett ferskvann til rørene mellom sentrifugeringstrinnene til pH-en til pH-en til pH-en til pH-løsningen når over pH seks. For interkalering av molekylene mellom flerlags MXene-partikkel for å svekkes ut av planinteraksjoner, legg til to gram litiumklorid til 100 ml avionisert vann og rør løsningen ved 200 rotasjoner per minutt.Når litiumkloridet er oppløst, bland 100 milliliter litiumkloridoppløsning med titankarbidkarbidsedimentet. Overfør løsningen tilbake til plastbeholderen på 125 milliliter og rør reaksjonen i 12 timer ved 25 grader Celsius og 200 rotasjoner per minutt. For delaminering fra bulk flerlagspartikkelen til enkelt til få lag titankarbid MXene, vask interkaleringsløsningen med flere sentrifugasjoner, dekanterer den klare supernatanten til et mørkt supernatant observeres.Sentrifuger deretter den mørke supernatanten i en time før dekanterer den fortynnede grønne supernatanten. Redisperse det hovne sedimentet med 150 milliliter av deionisert vann og del oppløsningen likt i tre 50 milliliter sentrifugerør. Sentrifuger prøvene for å skille det gjenværende MXene sedimentet fra MXene-supernatanten og samle supernativane i en enkelt beholder.Sentrifuger deretter løsningen i en ekstra time for ytterligere størrelsesvalg og optimalisering av løsningen for å isolere enkelt til få lagflak. For titankarbid mikroelektrod array fabrikasjon, deponer en fire mikrometer tykk bunnlag av Parylen-C på en ren silisium wafer. For å bruke fotolitografi til å definere metallmønstre på wafer, spinn coat photoresist på wafer på 3000 rotasjoner per minutt i 40 sekunder før myk baking wafer på en kokeplate i 14,5 minutter ved 95 grader Celsius.Deretter legger du wafer og maskerer en inn i en maskejustering med wafer plassert slik at ringen på fotomasken overlapper med alle kantene på wafer. Utsett wafer med 365 nanometer bølgelengder øyelinje ved en 90 millijoule per centimeter kvadrert dose og hardt bake wafer på en kokeplate i ett minutt ved 115 grader Celsius. På slutten av den harde bake, dypp wafer i RD6 utvikleren i to minutter med kontinuerlig agitasjon før skylling grundig med deionisert vann og blåse tørking med en nitrogen pistol.Bruk en elektronstrålefordamper til å deponere 10 nanometer titan etterfulgt av 100 nanometer gull på wafer. Senk deretter waferen i løsemiddelstripper i ca. 10 minutter til fotoresisten er oppløst og overflødig metall er helt løftet av. Når liftoff vises fullført, sonicate wafer i 30 sekunder for å fjerne eventuelle gjenværende spor av uønsket metall og skyll wafer med frisk løsemiddel stripper og deionisert vann før tørking med en nitrogen pistol.På slutten av liftoff prosessen, gull vil være synlig i ønsket sammenkobling spor og i ringen rundt kanten av wafer. For deponering av offerparylen-C-laget, må du først utsette waferen for oksygenplasma i 30 sekunder for å gjengi det underliggende Parylen-C-laghydrofile før spin-belegg fortynnerengjøringsløsningen på waferen ved 1000 rotasjoner per minutt i 30 sekunder. La waferen lufttørke i minst fem minutter før du deponerer tre mikrometer parylen-C på waferen som vist.Etter en andre runde med fotolitografi ved hjelp av maske to, bruk oksygenplasmareaktiv ion etsing til ets gjennom offerparylen-C-laget i områdene som ikke dekkes av fotoresisten for å definere MXene-elektrodene og sporene. Etsingen skal delvis overlappe med titan gull forbinder samt ringen rundt kantene av wafer. Bruk deretter et profilometer for å måle profilen mellom de eksponerte titan- og gullforbindelsene og det nederste Parylen-C-laget for å bekrefte en fullstendig etsning av offerparylen-C-laget.For å spinne MXene-oppløsningen på waferen, må du først dispensere oppløsningen på hvert av de ønskede MXene-mønstrene før du spinner waferen ved 1000 rotasjoner per minutt i 40 sekunder. Tørk wafer på en 120 graders Celsius kokeplate i 10 minutter for å fjerne restvann fra MXene-filmen og bruk deretter en elektronstrålefordamper til å deponere et beskyttet 50 nanometer silisiumdioksidlag på wafer. For å fjerne offerparylen-C-laget, legg en liten dråpe avionisert vann på kanten av wafer og bruk pinsett til å skrelle opp offerparylen-C-laget fra der kantene på laget er definert i ringen rundt utsiden av wafer.Skyll deretter waferen grundig med friskt deionisert vann for å fjerne eventuelle gjenværende rengjøringsløsningsrester og tørk waferen med en nitrogenpistol. Plasser den tørkede wafer på en 120 graders Celsius kokeplate i en time for å fjerne restvann fra de mønstrede MXene-filmene før du deponerer et fire mikrometer tykt lag av Parylene-C på wafer som demonstrert. Etter å ha utført en ny runde fotolitografi med maske tre, bruk en elektronstrålefordamper til å deponere 100 nanometer aluminium på wafer og dyppe wafer i løsemiddel stripper i 10 minutter til metallet har helt løftet av wafer.Etter sonikering, skylling og tørking som demonstrert, kan aluminium observeres som dekker enhetene med åpninger for elektrodene og bindingsputene. Bruk oksygenplasma reaktiv ion etsing å etse gjennom Parylen-C lagene omgir enhetene og gjennom det øverste Parylen-C-laget som dekker både MXene elektrodekontakter og gullbinding pads. Når ingen Parylen-C rester forblir på wafer mellom enhetene, bruk en våt kjemisk etse i aluminium etchant type A på 50 grader Celsius i 10 minutter eller til ett minutt passert når alle visuelle spor av aluminium har forsvunnet.For å etse silisiumoksidet som dekker MXene-elektrodene, bruk en våt kjemisk etse i seks-til-en bufret oksidetchant i 30 sekunder. Plasser deretter en liten dråpe avionisert vann på enden av enheten. Skrell forsiktig opp enheten etter hvert som vannet er ondt under enheten ved kapillær handling for å løsne enheten fra silisiumsubstratet wafer.Her vises eksempel mikroelektrokortografidata registrert på en MXene mikroelektrorodarray. De antatte kortikale DOWN-statene er basert på trauet av den langsomme svingningen på en til to hertz. Etter påføring av elektrodearrayet på cortex, var klare fysiologiske signaler umiddelbart tydelige på opptakselektrodene med omtrent en millivolt amplitudelektrokortografisignaler som vises på alle MXene-elektrodene.Effektspektra av disse signalene bekreftet tilstedeværelsen av to hjernerytmer som vanligvis observeres hos rotter under ketamin deksmedetomidin anestesi, en til to hertz langsomme svingninger og gammasvingninger ved 40 til 70 hertz. I tillegg ble en signatur bredbåndskraft demping under DOWN-tilstanden til den langsomme svingningen og et selektivt 15 til 30 hertz betabånd og 40 til 120 hertz gammabåndskraftforsterkning under UP-tilstanden til den langsomme svingningen observert. Optimalisering av syntesemetoden har gjort det mulig å utvide bruken av MXenes til andre applikasjoner som i optoelektroniske enheter, smarte tekstiler og mer.Denne prosedyren innebærer bruk av farlige kjemikalier, inkludert hydrofluorsyre, aluminiumetchant og fotoresist utvikler. Pass på at du alltid bruker riktig PPE når du håndterer disse kjemikaliene.

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

Høy effektivitet, stedsspesifikk Transfeksjon av tilhenger Celler med siRNA Bruke microelectrode 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.

Fabrikasjon og Implantasjon av miniatyr Dual-element strekklapper for måling<em&gt; In Vivo</em&gt; Gastrointestinal Sammentrekninger i gnagere.

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

Lukkbar Femtoliter Chamber Arrays for Cell-free 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

Enkel og nøyaktig Mekano-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 av primære gliacellene for In Vitro modellering av 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 innebygging av fast og farget, hele, Millimeter skala prøver for delen-gratis 3D Histology av 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

Grensesnitt Microfluidics med Microelectrode matriser for å studere Neuronal kommunikasjon og Axonal Signal overføring

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