הייצור של Ti₃C₂ Mxene מערכים מיקרואלקטרודה בVivo הקלטה עצבית

פרוטוקול סינתזה זה מייצר דיו MXene באיכות גבוהה עם מוליכות מתכתית שמגיעה מעל 10,000 סימנס לס"מ. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מאפשרת מיקרו-דפוס מדויק של סרטי MXene מבלי לפגוע בסרט או להשאיר שאריות מזיקות על האלקטרודות. כדי להכין דיו קרביד טיטניום, לאט להוסיף שני גרם של טיטניום אלומיניום קרביד מבשר למכל תגובה 125 מיליליטר המכיל פתרון תחריט סלקטיבי ומערבבים את הפתרון עם מוט מגנטי טפלון במשך 24 שעות ב 35 מעלות צלזיוס ב 400 סיבובים לדקה.

בסוף הדגירה, להוסיף 50 מיליליטר של מים deionized לשני צינורות צנטריפוגה 175 מיליליטר, לפצל את תערובת התגובה תחריט באופן שווה בין הצינורות, ולמלא את סימן 150 מיליליטר. לשטוף את החומר על ידי צנטריפוגה חוזרת ונשנית, decanting על טבעי חומצי לתוך מיכל פסולת מסוכנת פלסטיק והוספת מים מתוקים לצינורות בין שלבי צנטריפוגה עד pH של הפתרון על טבעי מגיע מעל pH שש. לאינטרקלציה של המולקולות בין חלקיק MXene רב שכבתי כדי להחליש מתוך אינטראקציות המטוס, להוסיף שני גרם של ליתיום כלורי ל 100 מיליליטר של מים deionized ומערבבים את הפתרון ב 200 סיבובים לדקה.

כאשר ליתיום כלוריד התמוסס, לערבב 100 מיליליטר של פתרון ליתיום כלוריד עם טיטניום קרביד טיטניום אלומיניום קרביד מים. מעבירים את הפתרון בחזרה למיכל פלסטיק 125 מיליליטר ומערבבים את התגובה במשך 12 שעות ב 25 מעלות צלזיוס ו 200 סיבובים לדקה. עבור delamination מן החלקיק רב שכבתי בתפזורת לתוך יחיד עד כמה שכבה טיטניום קרביד MXene, לשטוף את פתרון intercalation עם צנטריפוגות מרובות, decanting על טבעי ברור עד על טבעי כהה נצפתה.

ואז צנטריפוגה על טבעי כהה במשך שעה אחת לפני decanting על טבעי ירוק מדולל. גלה מחדש את הנפח הנפוח עם 150 מיליליטר של מים deionized ולפצל את הפתרון באופן שווה לשלושה צינורות צנטריפוגה 50 מיליליטר. צנטריפוגה הדגימות כדי להפריד את משקעים MXene הנותרים מן העל-טבעי MXene ולאסוף את supernatants לתוך מיכל אחד.

לאחר מכן צנטריפוגה הפתרון לשעה נוספת עבור בחירת גודל נוסף ואופטימיזציה של הפתרון כדי לבודד פתיתי שכבה בודדים עד כמה. לייצור מערך מיקרואלקטרוניקה של טיטניום קרביד, הפקידו שכבה תחתונה בעובי 4 מיקרומטר של Parylene-C על וופל סיליקון נקי. כדי להשתמש בפוטוליתוגרפיה כדי להגדיר דפוסי מתכת על הוופל, סובבו את פוטורסיסט המעיל על הוופל ב-3,000 סיבובים בדקה במשך 40 שניות לפני אפייה רכה של הוופל על צלחת חמה במשך 14.5 דקות ב-95 מעלות צלזיוס.

לאחר מכן, לטעון את הוופל ולהסוות אחד לתוך מיישר מסכה עם הוופל ממוקם כך הטבעת על מסכת התמונה חופף עם כל הקצוות של הוופל. חשוף את הוופל עם 365 אורכי גל ננומטר של קו העין במינון בריבוע 90 מיליג'ול וס"מ קשה לאפות את הוופל על צלחת חמה במשך דקה אחת ב 115 מעלות צלזיוס. בסוף האפייה הקשה, לטבול את הוופל מפתח RD6 במשך שתי דקות עם תסיסה רציפה לפני שטיפה יסודית עם מים deionized ולפוצץ ייבוש עם אקדח חנקן.

השתמש אידוי קרן אלקטרונים להפקיד 10 ננומטר של טיטניום ואחריו 100 ננומטר של זהב על הוופל. ואז לטבול את רקיק חשפנית ממס במשך כ 10 דקות עד photoresist התמוסס המתכת העודפת הוסרה לחלוטין. לאחר ההמראה מופיע שלם, sonicate את הוופל במשך 30 שניות כדי להסיר את כל העקבות הנותרים של מתכת לא רצויה לשטוף את הוופל עם חשפנית ממס טרי מים deionized לפני ייבוש עם אקדח חנקן.

בסוף תהליך ההמראה, זהב יהיה גלוי עקבות החיבור הרצוי בטבעת סביב קצה הוופל. לתצהיר של שכבת Parylene-C ההקרבה, תחילה לחשוף את הוופל לפלזמה חמצן במשך 30 שניות כדי להפוך את שכבת Parylene-C הבסיסית הידרופילית לפני ספין ציפוי לדלל פתרון ניקוי על הוופל ב 1, 000 סיבובים לדקה במשך 30 שניות. אפשר לוופל להתייבש לפחות חמש דקות לפני הפקדת שלושה מיקרומטרים של Parylene-C על הוופל כפי שהוכח.

לאחר סיבוב שני של פוטוליטוגרפיה באמצעות מסכה 2, להשתמש תחריט יון תגובתי פלזמה חמצן לחרוט דרך שכבת Parylene-C ההקרבה באזורים שאינם מכוסים על ידי photoresist להגדיר את אלקטרודות MXene ועקבות. התחריט צריך לחפוף חלקית עם חיבורי זהב טיטניום, כמו גם את הטבעת סביב הקצוות של הוופל. לאחר מכן השתמשו בפרופילומטר כדי למדוד את הפרופיל בין חיבורי הטיטניום והזהב החשופים לבין שכבת Parylene-C התחתונה כדי לאשר תחריט מלא של שכבת Parylene-C ההקרבה.

כדי לסובב את פתרון MXene על הוופל, תחילה לוותר על הפתרון על כל אחד דפוסי MXene הרצוי לפני סיבוב הוופל ב 1, 000 סיבובים לדקה במשך 40 שניות. יבש את הוופל על צלחת חמה 120 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות כדי להסיר את כל המים שיורית מהסרט MXene ואז להשתמש מאייד קרן אלקטרונים להפקיד שכבת 50 ננומטר סיליקון דו חמצני מוגן על הוופל. כדי להסיר את שכבת Parylene-C ההקרבה, מניחים טיפה קטנה של מים deionized על קצה הוופל ולהשתמש פינצטה לקלף את שכבת Parylene-C הקרבה החל מהמקום שבו הקצוות של השכבה מוגדרים בטבעת סביב החלק החיצוני של הוופל.

לאחר מכן, לשטוף את הוופל ביסודיות עם מים deionized טריים כדי להסיר את כל שאריות פתרון ניקוי שנותרו לייבש את הוופל עם אקדח חנקן. מניחים את הוופל המיובש על צלחת חמה של 120 מעלות צלזיוס למשך שעה כדי להסיר את כל שאריות המים מסרטי MXene בדוגמת לפני הפקדת שכבה בעובי ארבעה מיקרומטר של Parylene-C על הוופל כפי שהודגם. לאחר ביצוע סיבוב נוסף של פוטוליטוגרפיה עם מסכה שלוש, להשתמש אידוי קרן אלקטרונים להפקיד 100 אלומיניום ננומטר על הוופל לטבול את הוופל בחשפנית ממס במשך 10 דקות עד המתכת הוסרה לחלוטין של רקיק.

לאחר sonication, שטיפה, וייבוש כפי שהודגם, אלומיניום ניתן לראות מכסה את המכשירים עם פתחים עבור אלקטרודות רפידות מליטה. השתמש תחריט יון תגובתי פלזמה חמצן לחרוט דרך שכבות Parylene-C להקיף את המכשירים דרך השכבה העליונה Parylene-C המכסה הן את מגעי האלקטרודה MXene ואת רפידות מליטה זהב. כאשר לא נשאר שאריות פארילן-C על הוופל בין המכשירים, השתמשו בחרטה כימית רטובה בחתיר אלומיניום מסוג A ב-50 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות או עד שדקה אחת חלפה כאשר כל העקבות החזותיים של האלומיניום נעלמו.

כדי לחרוט את תחמוצת הסיליקון המכסה את אלקטרודות MXene, להשתמש תחריט כימי רטוב תחריט תחמוצת חציצה 6 ל-1 במשך 30 שניות. ואז למקם טיפה קטנה של מים deionized בסוף המכשיר. בעדינות לקלף את המכשיר כמו מים הוא רשע מתחת למכשיר על ידי פעולה נימי לשחרר את המכשיר מן רקיק מצע הסיליקון.

כאן מוצגים נתוני מיקרו-אלקטרוקורטיוגרפיה לדוגמה שנרשמו במערך מיקרואלקטרודה MXene. מצבי DOWN קליפת המוח putative מבוססים על השוקת של התנודות האיטיות באחד עד שניים הרץ. בעקבות היישום של מערך האלקטרודה על קליפת המוח, אותות פיזיולוגיים ברורים היו ברורים מיד על אלקטרודות ההקלטה עם כמילי ומילי וולט משרעת אלקטרוקורטיקוגרפיה אותות המופיעים על כל אלקטרודות MXene.

ספקטרום כוח של אותות אלה אישר את נוכחותם של שני מקצבי מוח שנצפו בדרך כלל בחולדות תחת הרדמה קטמין dexmedetomidine, אחד עד שניים תנודות איטיות הרץ תנודות גמא ב 40 עד 70 הרץ. בנוסף, התעצמות כוח פס רחב חתימה במהלך מצב DOWN של תנודות איטיות סלקטיבית 15 עד 30 להקת הרץ בטא ו 40 עד 120 הרץ גמא הלהקה הגברה כוח במהלך מצב UP של תנודות איטיות נצפו. אופטימיזציה של שיטת הסינתזה אפשרה הרחבת השימוש ב- MXenes ליישומים אחרים כגון במכשירים אופטו-אלקטרוניים, טקסטיל חכם ועוד.

הליך זה כרוך בשימוש בכימיקלים מסוכנים כולל חומצה הידרופלואורית, תחריט אלומיניום ומפתח פוטוריסט. הקפד תמיד להשתמש PPE המתאים בעת טיפול בכימיקלים אלה.