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

Detta arbete stöddes av National Institutes of Health (bidrag nr. R21-NS106434), Citizens United for Research in Epilepsy Taking Flight Award, Mirowski Family Foundation och Neil och Barbara Smit (F.V.); National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (bevilja nr. DGE-1845298 till N.D. och B.M.); Arméns forskningskontor (samarbetsavtal nummer W911NF-18-2-0026 till K.M.); och av den amerikanska armén via Surface Science Initiative Program vid Edgewood Chemical Biological Center (PE 0601102A Project VR9 till Y.G. och K.M.). Detta arbete utfördes delvis vid Singh Center for Nanotechnology, som stöds av National Science Foundation National Nanotechnology Coordinated Infrastructure Program (NNCI-1542153).

Alla in vivo-förfaranden som överensstämmer med National Institutes of Health (NIH) Guide for the Care and Use of Laboratory Animals och godkändes av institutional animal care and use committee (IACUC) vid University of Pennsylvania.
1. Syntes av Ti3C2 MXene
OBS: De reaktionsförfaranden som beskrivs i detta avsnitt är avsedda för användning inuti en kemisk rökhuva. Tvättsteg som ingår i detta förfarande är avsedda att använ...

<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 och delaminationsförfarandet som beskrivs i detta protokoll (HF/HCl/LiCl) byggdes från den MILDa etsningsmetoden som använde ett LiF/HCl (in situ HF) etchant medium26. Den MILDa metoden gör det möjligt för stora Ti3C2-flingor (flera μm i lateral storlek) att spontant delaminated under tvätt när pH ~5−6 har uppnåtts. Jämfört med etsning med HF ensam, detta resulterar i material med högre kvalitet och förbättrade materialegenskaper, såsom elektr...

Förstå de grundläggande mekanismerna bakom neurala kretsar, och hur deras dynamik ändras i sjukdom eller skada, är ett kritiskt mål för att utveckla effektiva therapeutics för ett brett spektrum av neurologiska och neuromuskulära sjukdomar. Mikroelektrod teknik har använts ofta för att belysa neural dynamik på fina rumsliga och tidsmässiga skalor. Att få stabila inspelningar med hög signal-brusförhållande (SNR) från mikroskala elektroder har dock visat sig vara särskilt utmanande. Eftersom elektrodernas dimensioner reduceras för att närma sig cellulär skala, försämrar en motsvarande ökning av elektrodimpedanssignalkvalitet1. Dessutom har många studier visat att styva elektroder som består av konventionella kisel och metall elektroniska material producerar betydande skador och inflammation i nervvävnaden, vilket begränsar deras användbarhet för långsiktig inspelning2,3,4,5. Med tanke på dessa fakta har det funnits ett betydande intresse av att utveckla mikroelektroder med nya material som kan minska elektrodvävnadsgränssnittets impedans och kan införlivas i mjuka och flexibla formfaktorer.
En vanlig metod för att minska elektrodvävnadgränssnittsimpedansen ökar det område över vilket joniska arter i den extracellulära vätskan kan interagera med elektroden, eller elektrodens "effektiva yta". Detta kan uppnås genom nanomönster6,ytga7, eller galvanisering med porösa tillsatser8,9. Nanomaterial har fått stor uppmärksamhet inom detta område eftersom de erbjuder i sig höga specifika ytor och unika kombinationer av gynnsamma elektriska och mekaniska egenskaper10. Till exempel har kolnanorör använts som beläggning för att avsevärt minska elektrodimpedans11,12,13,grafenoxid har bearbetats till mjuka, flexibla fristående sondelektroder14, och laser-pyrolyzed porösa grafen har använts för flexibla, låg-impedance mikro-elektrocorticography (mikro-ECoG) elektroder15. Trots deras löfte, en brist på skalbara monteringsmetoder har begränsat den utbredda antagandet av nanomaterial för neurala sammanflätade elektroder. Kolbaserade nanomaterial i synnerhet är vanligtvis hydrofoba, och kräver därmed användning av ytaktiva ämnen16, supersyror17, eller ytfunktionisering18 för att bilda vattenspridningför lösning-bearbetning tillverkningsmetoder, medan alternativa metoder för tillverkning, såsom kemisk ånga nedfall (CVD), vanligtvis kräver höga temperaturer som är oförenliga med många polymera substrat19,20,21 ,22.
Nyligen har en klass av tvådimensionella (2D) nanomaterial, känd som MXenes, beskrivits som erbjuder en exceptionell kombination av hög ledningsförmåga, flexibilitet, volymetrisk kapacitans, och inneboende hydrofilicitet, vilket gör dem till en lovande klass av nanomaterial för neurala sammanflätade elektroder23. MXenes är en familj av 2D övergång metall karbider och nitrider som oftast produceras genom selektivt etsning A-elementet från skiktade prekursorer. Dessa är vanligtvis MAX faser med den allmänna formeln Mn +1AXn, där M är en tidig övergång metall, A är en grupp 12−16 element av det periodiska systemet, X är kol och / eller kväve, och n = 1, 2 eller 324. Tvådimensionella MXene-flingor har ytavslutande funktionella grupper som kan inkludera hydroxyl (−OH), syre (−O) eller fluor (−F). Dessa funktionella grupper gör MXenes i sig hydrofila och möjliggör flexibel ytmodifiering eller funktionalisering. Av den stora klassen av MXenes har Ti3C2 varit den mest omfattande studerade och kännetecknade25,26,27. Ti3C2 visar anmärkningsvärt högre volymetrisk kondensatans (1 500 F/cm3)28 än aktiverad grafen (~60−100 F/cm3)29,karbida-härledda kol (180 F/cm3)30och grafengelfilmer (~260 F/cm3)31. Dessutom visar Ti3C2 extremt hög elektronisk ledningsförmåga (~10,000 S/cm)32, och dess biokompatibilitet har visats i flera studier33,34,35,36. Den höga volymetriska kapacitans en Ti3C2-filmer är fördelaktig för biologisk avsenande och stimuleringstillämpningar, eftersom elektroder som uppvisar kapacitiv laddningsöverföring kan undvika potentiellt skadliga hydrolysera reaktioner.
Vår grupp har nyligen visat flexibla, tunnfilm Ti3C2 mikroelektrod arrayer, beredd med hjälp av lösningbearbetningsmetoder, som kan registrera både mikro-elektrokortikografi (mikro-ECoG) och intrakortikal neuronal spiking aktivitet in vivo med hög SNR36. Dessa MXene elektroder visade signifikant minskad impedans jämfört med storlek-matchade guld (Au) elektroder, som kan hänföras till den höga ledningsförmågan hos MXene och den höga ytan av elektroderna. I detta protokoll beskriver vi de viktigaste stegen för att tillverka planar microelectrode arrayer av Ti3C2 MXene på flexibla parylen-C substrat och utnyttja dem in vivo för intraoperativ mikro-ECoG inspelning. Denna metod utnyttjar mxenes hydrofila karaktär, vilket möjliggör användning av lösningsbearbetningsmetoder som är enkla och skalbara utan att det krävs användning av ytaktiva ämnen eller supersyror för att uppnå stabila vattensuspensioner. Denna enkla processbarhet kan möjliggöra kostnadseffektiv produktion av MXene biosensorer i industriella skalor, vilket har varit en stor begränsning för ett utbrett införande av produkter baserade på andra kolnanomaterial. Den viktigaste innovationen i elektrodtillverkningen ligger i användningen av ett offerpolymeriskt skikt för att mikromönster MXene efter spin-beläggning, en metod anpassad från litteratur på lösning-bearbetade poly (3,4-ethylenedioxythiophene):poly (styren sulfonat) (PEDOT:PSS) mikroelektroder37, men som inte tidigare hade beskrivits för mönster MXene. De exceptionella elektriska egenskaperna hos Ti3C2, tillsammans med dess processbarhet och 2D morfologi gör det till ett mycket lovande material för neurala gränssnitt. Ti3C2 erbjuder i synnerhet en väg mot att övervinna den grundläggande avvägningen mellan elektrodgeometriskt område och elektrokemiskt gränssnittsimpedans, en primär begränsande faktor för mikroskala elektrodprestanda. Dessutom kan tillverkningsförfarandet som beskrivs i detta protokoll anpassas för att producera MXene elektrodarrayer av varierande storlekar och geometrier för olika inspelningsparadigm, och kan också enkelt anpassas för att införliva andra ledande bläck förutom 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

Implanterbar mikroelektrod teknik har ofta använts för att belysa neural dynamik på mikroskala för att få en djupare förståelse av neurala underbyggnad av hjärnsjukdom och skada. Eftersom elektroder miniatyriseras till omfattningen av enskilda celler, begränsar en motsvarande ökning av gränssnittet impedans kvaliteten på inspelade signaler. Dessutom är konventionella elektrodmaterial styva, vilket resulterar i en betydande mekanisk obalans mellan elektroden och den omgivande hjärnvävnaden, vilket framkallar ett inflammatoriskt svar som så småningom leder till en nedbrytning av enhetens prestanda. För att ta itu med dessa utmaningar har vi utvecklat en process för att tillverka flexibla mikroelektroder baserade på Ti3C2 MXene, ett nyligen upptäckt nanomaterial som besitter anmärkningsvärt hög volymetrisk kapacitans, elektrisk ledningsförmåga, ytfunktionalitet och processbarhet i vattenspridningar. Flexibla matriser av Ti3C2 MXene mikroelektroder har anmärkningsvärt låg impedans på grund av den höga ledningsförmågan och hög specifik yta av Ti3C2 MXene filmer, och de har visat sig vara utsökt känsliga för inspelning neuronal aktivitet. I detta protokoll beskriver vi en ny metod för mikromönster Ti3C2 MXene i mikroelektrodarrayer på flexibla polymera substrat och beskriver deras användning för in vivo mikro-elektrokortikografiinspelning. Denna metod kan enkelt utvidgas för att skapa MXene elektrod arrayer av godtycklig storlek eller geometri för en rad andra tillämpningar inom bioelektronik och det kan också anpassas för användning med andra ledande bläck förutom Ti3C2 MXene. Detta protokoll möjliggör enkel och skalbar tillverkning av mikroelektroder från lösningsbaserade ledande bläck, och möjliggör specifikt utnyttjande av de unika egenskaperna hos hydrofila Ti3C2 MXene för att övervinna många av de hinder som länge har hindrat den utbredda antagandet av kolbaserade nanomaterial för högtrohet neurala mikroelektroder.

Exempel mikro-ECoG data som registrerats på en MXene microelectrode array visas i figur 5. Efter applicering av elektrodarrayen på cortex, tydliga fysiologiska signaler var omedelbart uppenbara på inspelningen elektroder, med cirka 1 mV amplitud ECoG signaler som förekommer på alla MXene elektroder. Effektspektra av dessa signaler bekräftade förekomsten av två hjärnrytmer som vanligen observeras hos råttor under ketamin-dexmedetomidinanestesi: 1−2 Hz långsamma svängningar och ?...

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 här en metod för att fabricera Ti3C2 MXene microelectrode arrayer och utnyttja dem för in vivo neural inspelning.

Tillverkning av Ti3C2 MXene Microelectrode Arrays för 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 ...

Detta syntesprotokoll producerar högkvalitativt MXene-bläck med en metallisk ledningsförmåga som når över 10 000 Siemens per centimeter. Den största fördelen med denna teknik är att den möjliggör exakt mikro-mönstning av MXene-filmer utan att skada filmen eller lämna skadliga rester på elektroderna. För att förbereda en titankarbidbläck, tillsätt långsamt två gram titan aluminiumkarbid föregångare till en 125 milliliter reaktion behållare som innehåller selektiv etsning lösning och rör om lösningen med en Teflon magnetisk bar i 24 timmar vid 35 grader Celsius vid 400 rotationer per minut.Tillsätt i slutet av inkubationen 50 milliliter avjoniserat vatten till två 175 milliliter centrifugrör, dela etsningsreaktionsblandningen lika mellan rören, och fyll till 150 millilitermärket. Tvätta materialet genom upprepad centrifugering, dekantera den sura supernatanten i en behållare för farligt avfall av plast och tillsätt färskvatten till rören mellan centrifugeringssteg tills den supernatantliga lösningens pH-värde når över pH sex. För interkalation av molekylerna mellan flerskikts MXene partikel att försvaga ur plan interaktioner, tillsätt två gram litiumklorid till 100 milliliter av avjoniserat vatten och rör om lösningen på 200 rotationer per minut.När litiumkloriden har löst sig, blanda 100 milliliter av litiumkloridlösningen med titankarbidmetaluminiumet av aluminium. Överför lösningen tillbaka till 125 milliliter plastbehållare och rör om reaktionen i 12 timmar vid 25 grader Celsius och 200 rotationer per minut. För delaminering från bulk multilayer partikeln till enkel till några skikt titankarbid MXene, tvätta interkalation lösning med flera centrifugeringar, dekantera den klara supernatanten tills en mörk supernatant observeras.Sedan centrifuger den mörka supernatanten i en timme innan dekantera den utspädda gröna supernatanten. Återge det svullna sedimentet med 150 milliliter avjoniserat vatten och dela lösningen lika i tre 50 milliliter centrifugrör. Centrifugera proverna för att separera det återstående MXene-sedimentet från MXene-supernatanten och slå samman supernatanterna i en enda behållare.Sedan centrifug lösningen för ytterligare en timme för ytterligare storlek urval och optimering av lösningen för att isolera enda till få lager flingor. För titankarbid mikroelektrod array tillverkning, deponera en fyra mikrometer tjock botten lager av Parylene-C på en ren kisel wafer. För att använda fotolitografi för att definiera metallmönster på rånet, snurra coat photoresist på rånet vid 3, 000 rotationer per minut i 40 sekunder innan mjuk bakning rån på en kokplatta i 14,5 minuter vid 95 grader Celsius.Därefter laddar du wafer och mask en i en mask aligner med wafer placerad så att ringen på fotomasken överlappar med alla kanterna på rånet. Exponera wafer med 365 nanometer våglängder av ögat linje på en 90 millijoule per centimeter kvadrat dos och hårt baka wafer på en värmeplatta i en minut vid 115 grader Celsius. I slutet av den hårda grädden, sänk wafer i RD6 utvecklare i två minuter med kontinuerlig agitation innan sköljning noggrant med avjoniserat vatten och föna med en kvävepistol.Använd en elektronstråleförångare för att deponera 10 nanometer titan följt av 100 nanometer guld på rånet. Sänk sedan ned rånen i lösningsmedelsstripp i ca 10 minuter tills fotoresisten har löst sig och överskottsmetallen har lyft helt. När liftoff verkar komplett, sonikera wafer i 30 sekunder för att ta bort eventuella återstående spår av oönskad metall och skölja rån med färska lösningsmedel strippa och avjoniserat vatten innan torkning med ett kväve pistol.I slutet av liftoff processen kommer guld att synas i önskad sammanlänkning spår och i ringen runt kanten av rån. För nedfall av offerparylen-C-skiktet, först exponerar waferen för syrgasplasma i 30 sekunder för att återge det underliggande Parylen-C-skiktet hydrofilt innan spinnbeläggningen späds ut rengöringslösningen på wafer vid 1, 000 rotationer per minut under 30 sekunder. Låt rånet lufttorka i minst fem minuter innan tre mikrometer Parylen-C deponeras på rånet enligt påvis.Efter en andra omgång av fotolitografi med hjälp av mask två, använd syre plasma reaktiva jon etsning för att etsa genom offerparylen-C skiktet i de områden som inte omfattas av fotoläkare för att definiera MXene elektroder och spår. Etsningen ska delvis överlappa med titanguldsammanslutningar samt ringen runt kanterna på rånen. Använd sedan en profilometer för att mäta profilen mellan de exponerade titan- och guldsammanlänkarna och det nedersta Parylen-C-skiktet för att bekräfta en fullständig etsning av offerparylen-C-skiktet.För att spinna fast MXene-lösningen på rånet, doserar du först lösningen på vart och ett av de önskade MXene-mönstren innan man snurrar waferen i 1, 000 rotationer per minut i 40 sekunder. Torka wafer på en 120 grader Celsius värmeplatta i 10 minuter för att ta bort eventuella kvarvarande vatten från MXene filmen sedan använda en elektronstråle förångare för att deponera en skyddad 50 nanometer kiseldioxidskikt på rån. För att ta bort offerparylen-C-skiktet, placera en liten droppe av avjoniserat vatten på kanten av rånet och använd pincett för att skala upp offerparylen-C-skiktet med början där skiktets kanter definieras i ringen runt waferens utsida.Därefter sköljer du wafer noggrant med färskt avjoniserat vatten för att ta bort eventuella återstående rengöringslösningsrester och torka rånet med en kvävepistol. Placera den torkade rån på en 120 grader Celsius värmeplatta i en timme för att ta bort eventuella kvarvarande vatten från mönstrade MXene filmer innan du sätter in en fyra mikrometer tjockt lager av Parylene-C på rån som visats. Efter att ha utfört ytterligare en runda av fotolitografi med mask tre, använd en elektronstråleförångare för att deponera 100 nanometer aluminium på rån och sänk ner rån i lösningsmedel strippa i 10 minuter tills metallen har helt lyft bort av rån.Efter ultraljudsbehandling, sköljning, och torkning som visat, kan aluminium observeras som täcker enheterna med öppningar för elektroderna och bindning kuddar. Använd oxygen plasma reaktiv jon etsning för att etsa genom Parylen-C-skikten omger enheterna och genom det översta Parylen-C-skiktet som täcker både MXene-elektrodkontakterna och guldbindningsdynanerna. När ingen Parylen-C-rest finns kvar på rånet mellan enheterna, använd en våt kemisk etch i aluminiumsetet av typ A vid 50 grader Celsius i 10 minuter eller tills en minut gick när alla visuella spår av aluminiumet har försvunnit.För att etsa kiseloxiden som täcker MXenelektroderna, använd en våt kemisk etch i sex-till-en buffrad oxidsetat från 30 sekunder. Placera sedan en liten droppe avjoniserat vatten i slutet av enheten. Skala försiktigt upp enheten som vatten är ond under enheten genom kapillär åtgärd för att frigöra enheten från kisel substrat wafer.Här visas provdata för mikroelektrokortikett som registrerats på en MXene-mikroelektroderray. De putative kortikala BESEGRA påstår baseras på tråget av den långsamma svängningen på en till två hertz. Efter tillämpning av elektrod array på cortex, tydliga fysiologiska signaler var omedelbart uppenbart på inspelningen elektroder med cirka en millivolt amplitud electrocorticography signaler som visas på alla MXene elektroder.Power spektra av dessa signaler bekräftade förekomsten av två hjärnrytmer som vanligen observerats hos råttor under ketamin dexmetomidin anestesi, en till två hertz långsamma svängningar och gamma svängningar vid 40 till 70 hertz. Dessutom observerades en signatur bredbandskraftdämpning under DOWN-tillståndet för den långsamma svängningen och ett selektivt 15 till 30 hertz betaband och 40 till 120 hertz gammabands kraftförstärkning under UP-tillståndet för den långsamma svängningen. Optimering av syntesmetoden har möjlig gjort det möjligt att bygga ut användningen av MXenes till andra tillämpningar som i optoelektroniska enheter, smarta textilier och mycket mer.Detta förfarande innebär användning av farliga kemikalier inklusive fluorvätesyra, aluminium etsning, och fotoresist utvecklare. Se till att alltid använda lämplig personlig skyddsutrustning när du hanterar dessa 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

Tillverkning av Micropatterned Hydrogeler för Neural Kultur System som använder Dynamic Fotolitografi Mask Projection

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

Tillverkning av elektrokemiska-DNA biosensorer för att Reagentless Upptäckt av nukleinsyror, proteiner och små molekyler

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

Anpassning av en haptisk robot i en 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

Hög effektivitet, Platsspecifik transfektion av vidhäftande celler med siRNA Använda mikroelektrod 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.

Tillverkning och Implantation av Miniatyr Dual element töjningsgivare för mätning av<em&gt; In Vivo</em&gt; Gastrointestinal Sammandragningar i gnagare.

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

Förslutningsbar Femtoliter Chamber arrayer för Cellfri biologi

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

Enkelt och exakt Mechano-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

Förbättrad 3D Hydrogel kulturer av primära gliaceller för 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

Styv inbäddning av fixeras och färgas, hela Millimeter-skala prover för avsnitt-gratis 3D histologi av mikro-datortomografi

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

Gränssnitt mikrofluidik med mikroelektrod matriser för att studera Neuronal kommunikation och Axonal signalen förökning

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