JoVE Journal > Bioengineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
자동 번역
생체공학

Værktøjer til overfladebehandling af silicium plane intrakortiske mikroelektroder

Published: June 08, 2022
doi:
10.3791/63500
, , , , , , ,
1Department of Biomedical Engineering,Case Western Reserve University, 2Advanced Platform Technology Center, Rehabilitation Research and Development,Louis Stokes Cleveland Department of Veterans Affairs Medical Center, 3Department of Bioengineering,The University of Texas at Dallas

Summary

Denne protokol beskriver værktøjer til håndtering af siliciumplanære intrakortiske mikroelektroder under behandlinger for overflademodifikation via gasaflejring og vandige opløsningsreaktioner. Samlingen af de komponenter, der bruges til at håndtere enhederne under hele proceduren, forklares detaljeret.

Abstract

Intrakortiske mikroelektroder har et stort terapeutisk potentiale. Men de udfordres med betydelig præstationsreduktion efter beskedne implantationsvarigheder. En væsentlig bidragyder til det observerede fald er skaden på det neurale vævs proksimale til implantatet og efterfølgende neuroinflammatorisk respons. Bestræbelser på at forbedre enhedens levetid omfatter kemiske modifikationer eller belægningsapplikationer på enhedens overflade for at forbedre vævsresponsen. Udvikling af sådanne overfladebehandlinger afsluttes typisk ved hjælp af ikke-funktionelle “dummy” sonder, der mangler de elektriske komponenter, der kræves til den tilsigtede anvendelse. Oversættelse til funktionelle enheder kræver yderligere overvejelse i betragtning af skrøbeligheden af intrakortiske mikroelektrode arrays. Håndteringsværktøjer letter i høj grad overfladebehandlinger til samlede enheder, især til ændringer, der kræver lange proceduremæssige tider. De håndteringsværktøjer, der er beskrevet her, anvendes til overfladebehandlinger, der påføres via gasfaseaflejring og eksponering for vandig opløsning. Karakterisering af belægningen udføres ved hjælp af ellipsometri og røntgenfotoelektronspektroskopi. En sammenligning af optagelser af elektrisk impedansspektroskopi før og efter belægningsproceduren på funktionelle enheder bekræftede enhedens integritet efter ændring. De beskrevne værktøjer kan let tilpasses til alternative elektrodeanordninger og behandlingsmetoder, der opretholder kemisk kompatibilitet.

Introduction

Neuroprostetiske enheder sigter mod at genoprette nedsatte eller fraværende sensoriske og motoriske evner i en bred vifte af patientpopulationer, herunder dem med rygmarvsskade, amyotrofisk lateral sklerose (ALS), cerebral parese og amputationer 1,2,3. Intrakortiske mikroelektroder (IME’er) kan etablere en kommunikationsvej mellem kortikale neuroner og de enheder, der bruges til at kontrollere neuroprostetik. En klar fordel ved intrakortiske mikroelektroder er deres evne til at registrere neurale signaler ved den høje rumlige og tidsmæssige opløsning, hvilket foretrækkes til efterfølgende signalbehandling og styring af hjerne-computergrænseflader 4,5. Desværre reduceres ydelsen af intrakortiske mikroelektroder dramatisk inden for måneder til et år efter implantation 2,6,7,8. Tabet af signalkvalitet og stabilitet påvirker anvendelsen af teknologien negativt.

En væsentlig bidragyder til det observerede præstationsfald er det biotiske respons på implantationsrelateret vævsskade og kronisk neuroinflammation 9,10,11. Implantation af IME’er påfører skade på hjernevæv, hvilket resulterer i frigivelse af signalmolekyler, der initierer kaskader af reaktionære cellulære forsvarsprocesser. Kronisk grænseflade forværrer fremmedlegemets respons, hvilket fører til vedvarende neuroinflammation, der beskadiger vævsproximalt på enheden; ofte anerkendt som symptomer på neuroinflammation, ardannelse og lokal neurodegeneration, der bidrager til faldet i optagelsen af signalkvaliteten 12,13,14,15. Bestående af et tæt konglomerat af astrocytter med entrained aktiveret mikroglia og makrofager skaber arret, der indkapsler elektroden, et ugunstigt lokalt miljø med reduceret materialetransport og lokal ophobning af inflammatoriske faktorer 16,15,16,17,18.

Mange undersøgelser har beskrevet hjernens reaktion på intrakortiske mikroelektroder eller tilgange til at afbøde responsen7. Forskning og udvikling til forbedring af vævsresponsen har involveret en række strategier, herunder ændringer af den overordnede struktur, overfladetopologi, materialer og belægninger. Disse bestræbelser har til formål at minimere skader, der opstår som følge af implantationshændelsen, indføre en mere gunstig grænseflade mellem enheden og proksimale celler eller reducere vævsstammen, efter at enhederne er implanteret7. Metoder, der specifikt er rettet mod det kroniske biologiske respons, har ført til flere bioaktive belægninger, der sigter mod at stabilisere implantationsstedet og kemisk fremme cellesundhed. Eksempler inkluderer ledende polymerer såsom poly (ethylendioxythiophen) (PEDOT)19,20, carbon nanorør21, hydrogeler22 og tilsætning af bioaktive molekyler og lægemidler til målretning af specifikke cellulære processer23,24,25. Vores forskningsgruppe har især undersøgt mange mekanismer til at fremme en reduktion af det inflammatoriske respons på implanterede mikroelektroder, herunder, men ikke begrænset til, minimering af traumet forbundet med enhedsimplantation26, minimering af enhedens / vævsstivhedsmismatch 27,28,29,30,31,32,33, optimering af sterilisering procedurer34,35, reduktion af oxidativ stress/skade 28,36,37,38,39,40,41,42, udforskning af alternative elektrodematerialer 43 og efterligning af nanoarkitekturen i den naturlige ekstracellulære matrix 44,45,46 . Nylig interesse er udviklingen af biomimetiske overfladebelægninger for at afbøde det neuroinflammatoriske respons ved mikroelektrodvævsgrænsefladen direkte39.

Ændring af grænsefladen giver den unikke fordel ved direkte at målrette såret og det proksimale væv, der er nødvendigt for signaloptagelse. En overfladebehandling, der fremmer heling uden at forværre immunresponset, kan gavne levetiden for kvalitetsregistrering og fjerne begrænsninger i realiseringen af det terapeutiske og forskningsmæssige potentiale for intrakortiske mikroelektroder. De præsenterede arbejdsdetaljer metoder til påføring af overfladebehandlinger på mikroelektrodearrays, der kræver forlængede reaktionstider, samtidig med at enhedernes skrøbelighed imødekommes. Den præsenterede teknik er beregnet til at dele overflademodifikationsmetoder til funktionelle enheder, hvor enheden ikke kan håndteres under hele behandlingsapplikationen. Værktøjerne præsenteres til håndtering af ikke-funktionelle dummy sonder og funktionelle silicium plane mikroelektrode arrays.

Den præsenterede tilgang til ændring af elektrodeoverfladen muliggør sikker suspension af ikke-funktionelle dummy-sonder eller funktionelle siliciumplanære elektrodearrays til gasfaseaflejring og reaktion med vandige opløsninger. Flere 3D-printede stykker bruges til at håndtere disse skrøbelige enheder (figur 1 og figur 2). Der gives et eksempel på en procedure, der anvender både gas- og opløsningsfasetrin til overflademodifikation med en antioxidativ belægning, der involverer immobilisering af Mn (III) tetrakis (4-benzoesyre) porfyrin (MnTBAP). MnTBAP er et syntetisk metalloporphyrin, der besidder antioxidantegenskaber med påvist formidling af inflammation 47,48. Det angivne eksempel på funktionelle siliciumplanelektrodearrays validerer en opdatering til en tidligere rapporteret protokol for ikke-funktionelt udstyr40. Tilpasningen af en gasfaseaflejringsteknik fra Munief et al. understøtter protokollens kompatibilitet med funktionelle elektroder49. Gasfaseaflejringen anvendes til aminfunktionalisering af overfladen som forberedelse til den vandige reaktion, der involverer carbodiimid-tværbindingskemi for at immobilisere den aktive MnTBAP. Den håndteringsmetode, der er udviklet her, leveres som en platform, der kan ændres til at rumme andre belægninger og lignende enheder.

Protokollen illustrerer tilgangen ved hjælp af ikke-funktionelle dummy-sonder bestående af et siliciumskaft og 3D-trykt fane med lignende dimensioner som de funktionelle siliciumplanelektrodearrays. Enhedens konnektoremballage betragtes som analog med den 3D-printede fane på den ikke-funktionelle dummy-sonde i den medfølgende instruktion.

Figure 1
Figur 1: 3D-printede stykker til håndtering af funktionelle enheder under gasfaseaflejringen i en vakuumdisikator. (A) Strukturens base omfatter holdere til 1 cm x 1 cm prøve silicium firkanter (øverste pil) og huller til fastgørelse til tørreplade (nederste pil). (B) Pladen bruges til at sikre ophængningen af anordninger. Herfra vil hvert stykke i denne figur blive omtalt som enten stykke 1A eller 1B. Skalabjælke = 1 cm. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 2
Figur 2: 3D-printede stykker til håndtering af funktionelle anordninger til overfladereaktion, der forekommer i den vandige opløsning. (A) Styrestykke, der skal limes på låget på kulturpladen. (B) Bordstykker, der bruges til at stabilisere stykker (C) og (D) under montering. (C) og (D) fastgør sammen suspensionen af anordninger til placering i brøndpladen, og (E) fastgør yderligere stykker (C) og (D) til brøndpladelåget. Herfra vil individuelle stykker i hvert panel af denne figur blive omtalt som styknumre svarende til panelnummeret på denne figur. Skalabjælke = 1 cm. Klik her for at se en større version af denne figur.

Protocol

Alle kodningsfiler til 3D-udskrivning findes i Supplerende kodningsfiler 1-16. Analysen i de repræsentative resultater er beskrevet ved hjælp af kommercielt erhvervede funktionelle siliciumplanære elektrodearrays (se materialetabel). 1. Håndtering af samling til gasfaseaflejring i en vakuumdissifikator BEMÆRK: Det samlede apparatur til håndtering og fastholdelse af anordninger under gasfaseaflejring er vist i <s…

Representative Results

For at demonstrere brugen af håndteringskomponenterne blev den beskrevne metode implementeret for at tilpasse immobiliseringen af en oxidantmediator til aktiveret silicium. Anvendelsen af denne kemi på IME’er for at reducere oxidativ stress blev udtænkt af Potter-Baker et al. og demonstreret på ikke-funktionelle siliciumdukkeprober40. Denne overfladebehandling immobiliserer antioxidanten, MnTBAP, til UV/ ozonaktiveret siliciumoverflade via aminfunktionalisering efterfulgt af carbodiim…

Discussion

Den beskrevne protokol blev designet til overfladebehandling af siliciumplanke mikroelektrodearrays. De 3D-printede værktøjer er tilpasset michigan-stil mikroelektrode arrays med lavprofil stik50. Ikke-funktionelle sonder blev samlet ved at klæbe en siliciumsonde til 3D-printede faner ved hjælp af et biokompatibelt klæbemiddel. De 3D-printede faner blev designet med lignende dimensioner som de stik, der er inkorporeret på de kommercielt tilgængelige enheder, der anvendes. Filer til de 3D-pr…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Denne undersøgelse blev delvist støttet af Merit Review Award IRX002611 (Capadona) og Research Career Scientist Award IK6RX003077 (Capadona) fra USA (US) Department of Veterans Affairs Rehabilitation Research and Development Service. Derudover blev dette arbejde også delvist støttet af National Institute of Health, National Institute of Neurological Disorders and Stroke R01NS110823 (Capadona / Pancrazio) og National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (Krebs).

Materials

1-[3-(Dimethylamino)propyl]-3-ethylcarbodiimide methiodide (EDC) Sigma-Aldrich 165344-1G Solid, stored desiccated at -20 °C
15 mL Conical Centrifuge Tubes Fisher Scientific 14-959-70C
18 Pound Solid Nylon Cable/Zip Ties Cole-Parmer EW-06830-66 Length 4 inches
2-(N-Morpholino)ethanesulfonic acid (MES) Sigma-Aldrich 4432-31-9 Solid
3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) Sigma-Aldrich 440140-100ML Liquid, container with Sure/Seal
50 mL Conical Centrifuge Tubes Fisher Scientific 14-959-49A
Aluminum foil Fisher Scientific 01-213-103
Aluminum weighing dishes Fisher Scientific 08-732-102 Diameter 66 mm
Bel-Art Vacuum Desiccator Fisher Scientific 08-594-15B
Corning Costar TC-Treated Multiple Well Plates Millipore Sigma CLS3527-100EA 24-well plate, polystyrene
Cyanoacrylate Adhesive LocTite N/A
Digital Microscope Keyence VHX-S750E
Disco DAD3350 Dicing Saw Disco DAD3350 Used to cut silicon wafer into 1 cm x 1 cm samples
Double-Sided Polyimide Tape Kapton Tape PPTDE-1/4 ¼” x 36 yds.
EP21LVMed – low viscosity, two component epoxy compound Masterbond EP21LVMed Meets USP Class VI certification, Passes ISO 10993-5 for cytotoxicity
Epilog Fusion Pro 48 Laser Machine Epilog N/A CO2 laser
Foam tape XFasten N/A 1/8" Thick
Gamry Interface 1010E Potentiostat Gamry 992-00129
High precision 45° curved tapered very fine point tweezers/forceps Fisher Scientific 12-000-131
Lab tape Fisher Scientific 15-901-10L
Mn(III)tetrakis (4-benzoic acid) porphyrin (MnTBAP) EMD Millipore 475870-25MG Solid, stored at -20 °C
N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salt, ≥98% (HPLC) Sigma-Aldrich 56485-250MG Solid, stored desiccated at 4°C
Platinum clad niobium mesh anode Technic N/A Clad with 125μ” of platinum on one side, framed in titanium with (1) 1” x 6” titanium strap centered on one 6” dimension
Silicon Planar Microelectrode Array, 16 Channel NeuroNexus A1x16-3mm-100-177-CM16LP Electrode site material is iridium, shank thickness is 15 μm
Silicon Wafer University Wafer 1575 Diameter 100 mm, p-type, boron-doped, 100 oriented, resistivity 0.01-0.02 Ohm-cm, thickness 525 um, single side polished, prime grade
Silver/silver Chloride reference electrode Gamry Instruments 930-00015
Solidworks N/A
Stainless Steel Phillips Flat Head Screws McMaster Carr 96877A629 #8-32, 1 1/2", fully threaded
Type I deionized water ChemWorld CW-DI1-20
Ultimaker 3 3D printer Ultimaker  N/A
Ultimaker Cura Ultimaker N/A 3D printing software
Ultimaker NFC ABS Filament Dynamism, Inc. 1621 2.85 mm
Ultimaker NFC PLA Filament Dynamism, Inc. 1609 2.85 mm
Vacuum Gauge Vacuum Gauge Measureman Direct N/A Glycerin Filled, 2-1/2” Dial Size, ¼”NPT, -30” Hg/-100kpa-0
Wing nuts Everbilt 934917 #8-32, zinc plated
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Donoghue, J. Bridging the brain to the world: A perspective on neural interface systems. Neuron. 60 (3), 511-521 (2008).
  2. Ajiboye, A. B., et al. Restoration of reaching and grasping movements through brain-controlled muscle stimulation in a person with tetraplegia: a proof-of-concept demonstration. The Lancet. 398 (10081), 1821-1830 (2017).
  3. Ereifej, E. S., et al. Neural engineering: the process, applications, and its role in the future of medicine. Journal of Neural Engineering. 16 (6), 063002 (2019).
  4. Nicolas-Alonso, L. F., Gomez-Gil, J. Brain computer interfaces, a review. Sensors (Basel). 12 (2), 1211-1279 (2012).
  5. Leuthardt, E. C., Schalk, G., Moran, D., Ojemann, J. G. The emerging world of motor neuroprosthetics: a neurosurgical perspective. Neurosurgery. 59 (1), 1-14 (2006).
  6. Barrese, J. C., et al. Failure mode analysis of silicon-based intracortical microelectrode arrays in non-human primates. Journal of Neural Engineering. 10 (6), 066014 (2013).
  7. Jorfi, M., Skousen, J. L., Weder, C., Capadona, J. R. Progress towards biocompatible intracortical microelectrodes for neural interfacing applications. Journal of Neural Engineering. 12 (1), 011001 (2015).
  8. Prasad, A., et al. Comprehensive characterization and failure modes of tungsten microwire arrays in chronic neural implants. Journal of Neural Engineering. 9 (5), 056015 (2012).
  9. Hermann, J. K., Capadona, J. R. Understanding the role of innate immunity in the response to intracortical microelectrodes. Critical Reviews in Biomedical Engineering. 46 (4), 341-367 (2018).
  10. Ravikumar, M., et al. The roles of blood-derived macrophages and resident microglia in the neuroinflammatory response to implanted intracortical microelectrodes. Biomaterials. 35 (28), 8049-8064 (2014).
  11. Sawyer, A. J., et al. The effect of inflammatory cell-derived MCP-1 loss on neuronal survival during chronic neuroinflammation. Biomaterials. 35 (25), 6698-6706 (2014).
  12. Prasad, A., Sanchez, J. C. Quantifying long-term microelectrode array functionality using chronic in vivo impedance testing. Journal of Neural Engineering. 9 (2), 026028 (2012).
  13. Salatino, J. W., Ludwig, K. A., Kozai, T. D. Y., Purcell, E. K. Glial responses to implanted electrodes in the brain. Nature Biomedical Engineering. 1 (11), 862-877 (2017).
  14. McConnell, G. C., et al. Implanted neural electrodes cause chronic, local inflammation that is correlated with local neurodegeneration. Journal of Neural Engineering. 6 (5), 056003 (2009).
  15. Rennaker, R. L., Miller, J., Tang, H., Wilson, D. A. Minocycline increases quality and longevity of chronic neural recordings. Journal of Neural Engineering. 4 (2), 1-5 (2007).
  16. Carnicer-Lombarte, A., Chen, S. T., Malliaras, G. G., Barone, D. G. Foreign body reaction to implanted biomaterials and its impact in nerve neuroprosthetics. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 9, 622524 (2021).
  17. Roitbak, T., Sykova, E. Diffusion barriers evoked in the rat cortex by reactive astrogliosis. Glia. 28 (1), 40-48 (1999).
  18. Polikov, V. S., Tresco, P. A., Reichert, W. M. Response of brain tissue to chronically implanted neural electrodes. Journal of Neuroscience Methods. 148 (1), 1-18 (2005).
  19. Cui, X., Martin, D. C. Electrochemical deposition and characterization of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) on neural microelectrode arrays. Sensors and Actuators B: Chemical. 89 (1), 92-102 (2003).
  20. Ludwig, K. A., Uram, J. D., Yang, J., Martin, D. C., Kipke, D. R. Chronic neural recordings using silicon microelectrode arrays electrochemically deposited with a poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) film. Journal of Neural Engineering. 3 (1), 59-70 (2006).
  21. Keefer, E. W., Botterman, B. R., Romero, M. I., Rossi, A. F., Gross, G. W. Carbon nanotube coating improves neuronal recordings. Nature Nanotechnology. 3 (7), 434-439 (2008).
  22. Kim, D. -. H., Wiler, J. A., Anderson, D. J., Kipke, D. R., Martin, D. C. Conducting polymers on hydrogel-coated neural electrode provide sensitive neural recordings in auditory cortex. Acta Biomaterialia. 6 (1), 57-62 (2010).
  23. He, W., McConnell, G. C., Bellamkonda, R. V. Nanoscale laminin coating modulates cortical scarring response around implanted silicon microelectrode arrays. Journal of Neural Engineering. 3 (4), 316-326 (2006).
  24. Azemi, E., Lagenaur, C. F., Cui, X. T. The surface immobilization of the neural adhesion molecule L1 on neural probes and its effect on neuronal density and gliosis at the probe/tissue interface. Biomaterials. 32 (3), 681-692 (2011).
  25. Zhong, Y., Bellamkonda, R. V. Controlled release of anti-inflammatory agent alpha-MSH from neural implants. Journal of Controlled Release. 106 (3), 309-318 (2005).
  26. Shoffstall, A. J., et al. Potential for thermal damage to the blood-brain barrier during craniotomy: implications for intracortical recording microelectrodes. Journal of Neural Engineering. 15 (3), 034001 (2018).
  27. Bedell, H. W., et al. Understanding the effects of both CD14-meditated innate immunity and device/tissue mechanical mismatch in the neuroinflammatory response to intracortical microelectrodes. Frontiers in Neuroscience. 12, 772 (2018).
  28. Nguyen, J. K., et al. Influence of resveratrol release on the tissue response to mechanically adaptive cortical implants. Acta Biomaterialia. 29, 81-93 (2016).
  29. Sridharan, A., Nguyen, J. K., Capadona, J. R., Muthuswamy, J. Compliant intracortical implants reduce strains and strain rates in brain tissue in vivo. Journal of Neural Engineering. 12 (3), 036002 (2015).
  30. Nguyen, J. K., et al. Mechanically-compliant intracortical implants reduce the neuroinflammatory response. Journal of Neural Engineering. 11, 056014 (2014).
  31. Harris, J. P., et al. In vivo deployment of mechanically adaptive nanocomposites for intracortical microelectrodes. Journal of Neural Engineering. 8 (4), 046010 (2011).
  32. Shoffstall, A. J., et al. Characterization of the neuroinflammatory response to Thiol-ene/Acrylate shape memory polymer coated intracortical microelectrodes. Micromachines. 10, 486 (2018).
  33. Simon, D. M., et al. Design and demonstration of an intracortical probe technology with tunable modulus. Journal of Biomedical Materials Research. Part A. 105 (1), 159-168 (2017).
  34. Ravikumar, M., et al. The effect of residual endotoxin contamination on the neuroinflammatory response to sterilized intracortical microelectrodes. Journal of Materials Chemistry. B. 2 (17), 2517-2529 (2014).
  35. Ecker, M., et al. Sterilization of thiol-ene/acrylate based shape memory polymers for biomedical applications. Macromolecular Materials and Engineering. 302 (2), 160331 (2017).
  36. Ereifej, E. S., et al. Implantation of neural probes in the brain elicits oxidative stress. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 6 (9), 1-12 (2018).
  37. Potter, K. A., et al. The effect of resveratrol on neurodegeneration and blood brain barrier stability surrounding intracortical microelectrodes. Biomaterials. 34 (29), 7001-7015 (2013).
  38. Potter, K. A., et al. Curcumin-releasing mechanically adaptive intracortical implants improve the proximal neuronal density and blood-brain barrier stability. Acta Biomaterialia. 10 (5), 2209-2222 (2014).
  39. Potter-Baker, K. A., Capadona, J. R. Reducing the "stress": Antioxidative therapeutic and material approaches may prevent intracortical microelectrode failure. ACS Macro Letters. 4 (3), 275-279 (2015).
  40. Potter-Baker, K. A., et al. Development of superoxide dismutase mimetic surfaces to reduce accumulation of reactive oxygen species for neural interfacing applications. Journal of Materials Chemistry B. 2 (16), 2248-2258 (2014).
  41. Potter-Baker, K. A., et al. Implications of chronic daily antioxidant administration on the inflammatory response to intracortical microelectrodes. Journal of Neural Engineering. 12 (4), 046002 (2015).
  42. Kim, Y., et al. Ventricular delivery of resveratrol improves microelectrode recording performance and reduces oxidative stress. Micromachines. 12, 1446 (2021).
  43. Deku, F., et al. Amorphous silicon carbide ultramicroelectrode arrays for neural stimulation and recording. Journal of Neural Engineering. 15 (1), 016007 (2018).
  44. Ereifej, E. S., et al. The neuroinflammatory response to nanopatterning parallel grooves into the surface structure of intracortical microelectrodes. Advanced Functional Materials. 28 (12), 1704420 (2018).
  45. Kim, Y., et al. Nano-architectural approaches for improved intracortical interface technologies. Frontiers in Neuroscience. 12, 456 (2018).
  46. Mahajan, S., et al. Towards standardization of electrophysiology and computational tissue strain in rodent intracortical microelectrode models. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 8, 416 (2020).
  47. Suresh, M. V., et al. The protective role of MnTBAP in oxidant-mediated injury and inflammation in a rat model of lung contusion. Surgery. 154 (5), 980-990 (2013).
  48. Liu, D., Shan, Y., Valluru, L., Bao, F. Mn (III) tetrakis (4-benzoic acid) porphyrin scavenges reactive species, reduces oxidative stress, and improves functional recovery after experimental spinal cord injury in rats: comparison with methylprednisolone. BMC Neuroscience. 14 (1), 23 (2013).
  49. Munief, W. M., et al. Silane deposition via gas-phase evaporation and high-resolution surface characterization of the ultrathin siloxane coatings. Langmuir. 34 (35), 10217-10229 (2018).
  50. Hoogerwerf, A. C., Wise, K. D. A three-dimensional microelectrode array for chronic neural recording. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 41 (12), 1136-1146 (1994).
  51. Staros, J. V., Wright, R. W., Swingle, D. M. Enhancement by N-hydroxysulfosuccinimide of water-soluble carbodiimide-mediated coupling reactions. Analalytical Biochemistry. 156 (1), 220-222 (1986).
  52. Yuan, X., Wolf, N., Mayer, D., Offenhausser, A., Wordenweber, R. Vapor-phase deposition and electronic characterization of 3-Aminopropyltriethoxysilane self-assembled monolayers on silicon dioxide. Langmuir. 35 (25), 8183-8190 (2019).
  53. Montgomery, D. C. . Design and Analysis of Experiments. Eighth edition. , (2013).
  54. Shoffstall, A. J., Capadona, J. R. Bio-inspired materials and systems for neural interfacing. Current Opinions in Biomedical Engineering. 6, 110-119 (2018).
  55. Skousen, J. L., Tresco, P. A. . Neuroprosthetics. Theory and Practice 2nd Edition. , 259-299 (2017).
  56. Michelson, N. J., et al. multi-modal analysis uncovers complex relationship at the brain tissue-implant neural interface: new emphasis on the biological interface. Journal of Neural Engineering. 15 (3), 033001 (2018).
  57. Hofmann, U. G., Capadona, J. R. Editorial: Bridging the gap in neuroelectronic interfaces. Frontiers in Neuroscience. 14, 457 (2020).
  58. Usoro, J., Sturgill, B., Musselman, K., Capadona, J. R., Pancrazio, J. J. On the definition of ‘chronic’ for intracortical microelectrode array applications. Micromachines. 12 (8), 972 (2021).
  59. Thompson, C. H., Saxena, A., Heelan, N., Salatino, J., Purcell, E. K. Spatiotemporal patterns of gene expression around implanted silicon electrode arrays. Journal of Neural Engineering. 18 (4), 1741 (2021).
  60. Golabchi, A., Woeppel, K. M., Li, X., Lagenaur, C. F., Cui, X. T. Neuroadhesive protein coating improves the chronic performance of neuroelectronics in mouse brain. Biosensors and Bioelectronics. 155, 112096 (2020).
  61. Zheng, X. S., et al. A superoxide scavenging coating for improving tissue response to neural implants. Acta Biomaterialia. 99, 72-83 (2019).
  62. Lee, H. C., et al. Foreign body response to intracortical microelectrodes is not altered with dip-coating of Polyethylene Glycol (PEG). Frontiers in Neuroscience. 11, 513 (2017).
  63. Boehler, C., et al. Actively controlled release of Dexamethasone from neural microelectrodes in a chronic in vivo study. Biomaterials. 129, 176-187 (2017).
  64. Hess, A. E., et al. Development of a stimuli-responsive polymer nanocomposite toward biologically optimized, MEMS-based neural probes. Journal of Micromechanics and Microengineering. 21 (5), 054009 (2011).

Tags

Keywords: Surface TreatmentSiliconIntracortical MicroelectrodesGas-phase DepositionAqueous Solution ReactionHandling ToolsDevice IntegritySubstrate Material3D PrintingPolyimide TapeFoam StripVacuum DesiccatorGas-phase DepositionWell PlateCyanoacrylate AdhesiveSurface ConfirmationProbe Device Assembly
check_url/kr/63500?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Krebs, O. K., Mittal, G., Ramani, S., Zhang, J., Shoffstall, A. J., Cogan, S. F., Pancrazio, J. J., Capadona, J. R. Tools for Surface Treatment of Silicon Planar Intracortical Microelectrodes. J. Vis. Exp. (184), e63500, doi:10.3791/63500 (2022).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image