次世代神経インターフェース電極および微小電極アレイのためのフェムト秒レーザー階層的表面再構築

Scientific Reports volume 12、記事番号: 13966 (2022) この記事を引用

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長期移植可能な神経インターフェースデバイスは、神経刺激を通じて多くの心臓、神経、網膜、聴覚の障害を診断、監視、治療できるだけでなく、神経組織との間で送受信される電気信号を感知して記録することもできます。これらのデバイスの特異性、機能性、性能を向上させるには、ほとんどの新興デバイスの基礎である電極と微小電極アレイをさらに小型化し、優れた電気化学的性能と神経組織との電荷交換特性を備えている必要があります。このレポートでは、フェムト秒レーザーで階層的に再構成された電極の電気化学的性能を調整して、文献で報告されている値を大幅に超える前例のない性能値が得られることを初めて示します。たとえば、電荷蓄積容量と比静電容量が再構成されていない電極と比較して、それぞれ 2 桁、700 倍以上改善されました。さらに、レーザーパラメーター、電気化学的性能、および電極の表面パラメーター間の相関関係が確立されており、性能メトリクスはレーザーパラメーターとともに比較的一貫して増加する傾向を示しますが、表面パラメーターは予測しにくい傾向に従う傾向があり、これらの表面パラメーターと電極の直接の関係は否定されます。パフォーマンス。何がそのような性能と調整可能性を促進するのか、また電極の表面積の増加と粗面化という広く採用されている推論が観察された性能の向上に主に寄与しているのかという疑問に答えるために、集束イオンビームを使用した電極の断面分析は次のことを示しています。、観察された電気化学的性能の向上に寄与した可能性のある地下特徴の存在が初めて明らかになりました。この報告書は、神経インターフェース用途のためのフェムト秒レーザー階層的に再構成された電極についてそのような性能向上と調整可能性が報告されたのは初めてである。

人口の高齢化と、薬物療法だけでは治すことができない心臓疾患 1,2、神経疾患 3,4,5,6、網膜疾患 7,8 および聴覚障害 9,10 が多数存在することにより、次のような症状に陥る患者の数が大幅に増加しています。長期間の埋め込み型デバイスが必要です。これらのデバイスとその広範な用途を表 1 にまとめます。埋め込み型デバイスは、神経刺激装置または埋め込み型パルス発生器 (IPG) から埋め込み型電極または微小電極アレイへの外部電気信号の伝達による生体組織の人工刺激によって機能します。次に神経細胞または組織の膜を通過します11。神経系は、筋肉の動きを誘発するために脳から筋肉へ、また逆に感覚器官から脳へ（例えば、感覚、聴覚、視覚など）電気信号を伝達する役割を担っています。脊髄損傷など 12、13、14、15 のように、神経が損傷し、脳と末梢との間の通信が遮断された場合、装置を使用して脳では不可能な機能を回復することができます。神経系からのこの情報を制御4したり記録したりすることもできます。過去数十年にわたり、世界中の多くの患者が生命に不可欠な機能や生命維持機能を埋め込み型デバイスに依存してきました 16、17、18。その結果、これらのデバイスは大規模な変革を遂げてきました。特に、通常の人間の活動に適合し、宿主の快適性を高めるために、より小型の埋め込み型デバイスが望まれているため、デバイスの小型化に向けた強い傾向が見られる。したがって、このようなデバイスのすべてのコンポーネントは、重量、サイズ、患者の快適さを考慮して最適化する必要があります。これらのデバイスの大部分は、次の 3 つの主要なコンポーネントで構成されています。(1) バッテリーと電子機器を含む神経刺激装置または IPG。 (2) 電極または微小電極アレイ。固有の神経活動または心臓活動の感知と記録を担当し、ペーシングや刺激を目的としたパルスの送達も行います。 (3) IPG と電極または (微小) 電極アレイの間を橋渡しするリード線 1、3、6、8、20、21。図 1 は、神経刺激デバイスの例と、上記の 3 つの主要コンポーネントすべての概要を示しています。

応答性神経刺激デバイスの例 (RNS® システム、NeuroPace, Inc.、写真は NeuroPace, Inc. の許可と厚意により使用)。神経刺激装置は頭蓋骨に埋め込まれ、同様の形状の骨部分を置き換えます。皮質ストリップまたは深さ電極 (Pt-10Ir 合金) は、てんかん発作焦点の中または上に埋め込まれます。

電極と微小電極アレイは、多くの新しいデバイスの基礎です。これらは、意図された用途の生物学的要件に適合するように、非常に特殊なサイズ、形状、プロファイル、および電気的、電気化学的、機械的特性を持つように製造されます。用途に応じて、サイズ、侵襲性、選択性、材料組成、性能の点で異なる電極タイプが必要となるため、電極は非常に多様です3、4、9、32、81、82。微小電極アレイは、金属構造が埋め込まれた非常に薄いプラスチックであり、神経系と相互作用するために人体に埋め込まれます3,4,9,32,81,82,83,84。電極の高密度アレイにより、より多くの個別のニューロンまたはニューロンのグループが活性化されることが可能になり、その結果、局在化と所望の生物学的反応の制御が向上します11、62、85。しかし、製造上の制限により、高密度微小電極アレイの開発の進歩が妨げられてきました86、87。ほとんどの埋め込み型デバイスでは、高性能の電極または微小電極アレイは、低インピーダンス (感知および記録目的)、高電荷注入容量 (安全で可逆的な刺激目的)、および心臓ペーシング用途向けの高静電容量によって特徴付けられます 42,88,89。このレポートでは、これらのパラメーターをパフォーマンス指標として使用します。図 2 は、現在実用化されている最先端の電極と電極アレイの例をいくつか示しています。

(a) 8 個および 16 個の電極を備えた典型的な 2 列脊髄刺激パドル電極アレイ (写真は Bradley, K. Pain Medicine 7, 20061 の許可を得て複製)。 (b) 心臓に直接埋め込まれるリードレスペースメーカー。アノードは装置の近位部分に位置する円周リングであり、心臓ペーシングを担当します（写真はメドトロニックの許可と厚意により提供）。 (c) 22 個の電極を備えた人工内耳電極アレイ (写真は許可を得て、Cochlear Limited (オーストラリア、シドニー) の厚意により提供)。

インプラントの全体的な寸法を考慮すると、ニューロンとの通信に十分小さな電極の製造は技術的に可能です 81。しかしながら、実際の導電部位のサイズの縮小には、必然的に電極のインピーダンスの増加が伴い、その結果、信号対雑音比が低下する。したがって、臨床用途の電極のサイズは、高い選択性（小さいサイズによって得られる）と最適化された電気化学特性との間のトレードオフによって決定される81。電極が大きくなると、幾何学的表面積 (GSA) が大きくなるため、電気化学的な安全限界を超える前に、より多くの電荷を注入できます 42。ただし、サイズが大きいため、デバイスの空間選択性と解像度が制限されます90。電荷注入容量を増加させ、より高い解像度の信号を提供し、性能を向上させる 86,90 には、電極の数を増やすことで GSA を増やすことができます。それにもかかわらず、脳、脊髄、蝸牛、眼などの器官内のスペースの制限を考慮すると、このような電極の数の増加は電極サイズの縮小を伴う必要があり、これにより送達できる電荷量が大幅に減少します。これはデバイスの性能に悪影響を及ぼし、電極の数を増やすという目的を無効にします。前述のトレードオフを克服するための別のアプローチは、電極の数を増やして高い選択性を達成することです。この場合、各電極の GSA は小さいですが、電気化学表面積 (ESA) が向上し、高い電荷移動能力が達成されます 42,86,90。そして低インピーダンス。 GSA を最小限に抑えながら ESA を最大化することにより、デバイス内に多数の電極を収容でき、性能、選択性、忠実度の向上、および消費電力の低減が促進されます。 ESA の増加は、次の 2 つのクラスの技術によって達成されています。(1) 異なる材料 (例えば、電極自体より電気化学的性能が高いコーティング、薄膜、およびナノ材料) を電極表面に追加または堆積する表面技術。 (2) 電極の表面粗さを強化/変更するための物理的および電気化学的技術。一般的な電極コーティングには、酸化イリジウム薄膜 (IrO2)39、42、44、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105、窒化チタンコーティング (TiN)38、96、106、107 が含まれますが、これらに限定されません。黒色または多孔質プラチナ (Pt) コーティング 81,108,109,110、導電性ポリマー 83,86,111,112,113,114,115,116、二次元材料 117,118、カーボンナノチューブ 119,120,121,122、およびナノ構造足場 123。これらのコーティング材料プラットフォームの一部は、電極の電気化学的性能を向上させる能力があるにもかかわらず、(1) シリアルまたはインライン処理に適さないこと、高価で時間のかかる真空の必要性、および製造環境において技術的な課題を引き起こす。バッチプロセス、および電極表面の対象領域を選択的にコーティングするためのマスクの使用の必要性。（２）下にある電極表面に対するコーティングおよび添加剤層の接着力の低下や、長期耐久性に関連する欠点など、いくつかの不利な特性を有する。このような課題の例を表 2 に示します。

コーティングおよび薄膜アプローチの前述の欠点を考慮すると、表面に新しい材料をコーティングまたは堆積する必要性を排除しながら、電極および微小電極アレイの電気化学的性能を向上させることができる商業的に実行可能な技術は価値があると考えられます。このような目的は、次のような表面処理技術を使用して達成できます。(1) 電気化学的粗面化 132,133。 (2) レーザーを使用して、電極表面のエッチング、溶融、または粗面化によって表面形態を変更する物理的方法 28,134。電気化学的性能を改善するための神経インターフェース電極および微小電極アレイのレーザー再構築は、アドホックな方法で文献で研究されている 28,85,134,135。表 3 はこれらの研究をまとめたものです。

階層的な表面と構造の概念は、文献で広く研究されています。多くの天然および人工材料は、複数の長さスケールでバルク構造または表面構造を示します。これは、構造要素または表面要素自体が内部に構造を持っていることを意味します。神経インターフェース用途では、酸化イリジウム (IrO2)、酸化パラジウム (PdO)、酸化ルテニウム (RuO2)、酸化ロジウム (Rh2O3) の薄膜、およびそれらの二元固溶体薄膜 103、104、105 は、たとえば、階層構造を示します (また、特定の処理パラメータの下で合成されたときの表面構造。この文脈ではフラクタルとして知られています。この階層は、神経インターフェース用途に理想的な薄膜材料となる超高 ESA の達成に大きな役割を果たします。ここでは、電極および微小電極アレイ、つまり図 3 の概略図に示すようなさまざまな長さのスケールで構成されるトポグラフィー的な表面特徴を備えた電極上に階層的な表面構造を形成すると、表面特性が次の条件によって支配されるため、電気化学的性能が生じる可能性があると仮説が立てられます。電極表面の化学組成と、階層表面のマイクロメートルスケール領域内のナノ構造の形態的効果の両方140、141、142、143、144、145、146、147、148。

さまざまな長さスケールにわたる地形フィーチャで構成される階層構造のサーフェスの概略図。ほとんどのアプリケーションでは、これらのさまざまな長さのスケールは、粗いスケールの粗い構造 (~ 1 ～ 100 µm) と、粗い構造の上にあるより微細な構造のサブセット (~ 5 ～ 100 nm) です。

スピンコーティング149、ポリマーインプリンティング150、151、152、自己組織化153、自然表面のレプリカキャスティング143、ナノリソグラフィー141、144、154、155、化学エッチング148、ナノ粒子堆積142など、さまざまな材料146上に階層的表面構造を作製するためのいくつかの方法が文献で報告されています。 156. フェムト秒レーザーパルスアブレーションを使用した材料ナノ加工の可能性は、1995 年に Pronko et al.157 によって初めて報告され、その後、他の報告者によって 158,159,160,161,162,163,164,165 が報告されました。超短パルス持続時間と大きなレーザーピークフルエンスにより、この方法では、顕著な熱影響ゾーンを発生させることなく、ほぼすべてのクラスの材料を望ましい精度で再構築することができます166。いくつかの研究では、さまざまな材料の階層的および表面ナノ構造化のためのフェムト秒レーザーの使用について特に報告されています146,158,166,167,168,169,170,171,172,173。フェムト秒レーザーを使用して表面ナノ構造化するために開発された技術には、マスク投影174、近接場アブレーション175、レーザー支援化学エッチング176、フェムト秒レーザーアブレーションプルームからの堆積によるナノテクスチャリング177、フェムト秒レーザー誘起溶融による金属薄膜のナノ構造化178、プラズモニックナノアブレーション179、および干渉計が含まれる。フェムト秒レーザーアブレーション180,181。重要なのは、生体模倣表面の作製のためのフェムト秒レーザーの使用が、ここ数十年で大きな注目を集めていることです166,182。

このレポートでは、フェムト秒レーザー階層的表面再構築の適用性とパフォーマンス上の利点を調査しました。次に、最も重要で容易にアクセスできる 2 つのレーザーパラメーター、つまりフルエンスと平均パワーの関数としての性能の調整可能性を調査しました。レーザーパラメータと性能の相関関係を確立することに加えて、これらの階層的に再構成された電極における前例のない性能に何が寄与しているのかを理解しようと努めました。文献で広く採用されている推論は、表面積の増加および/または表面の粗さです。相関共焦点顕微鏡 (CM) と走査型電子顕微鏡 (SEM) を使用して、再構成された電極の 3 次元すべて、つまり SEM による 2D 側面テクスチャと形態、およびナノメートル分解能の CM による高さ情報で完全に特性評価されました。表面パラメータと性能の間にはある程度の緩やかな相関関係が存在しますが、表面パラメータだけでは電気化学性能の向上の傾向と程度を完全に説明できないことを示します。高解像度の集束イオンビーム（FIB）断面とそれに続くSEMイメージングを使用したさらなる断面分析により、観察された電気化学的性能に寄与した可能性のある表面下の特徴の存在が初めて示され、両方を調査するさらなる研究が求められています。表面と地下の特徴。

電極または微小電極アレイには、意図された用途に応じた特定の電気化学的性能要件があります。したがって、調整可能なレーザーパラメータを微調整することでパフォーマンスメトリクスを選択的に調整できる機能は、研究者と医療機器メーカーの両方にとって非常に興味深いものです。表面の調整を可能にするいくつかのレーザー加工パラメータのうち、平均パワーとフルエンスは、ほとんどすべての市販レーザーで容易に調整できるため、この研究の焦点です。一連の平らな厚さ 0.3 mm の Pt-10Ir 電極が 2 つの実験で階層的に再構成されました。実験 1 では、平均出力を 0.6 から 3.35 W まで変化させましたが、他のすべての既知/制御可能なレーザーパラメーターは一定に保たれました。実験 2 では、フルエンスは 12.3 から 2 J/cm2 まで変化しましたが、平均パワーは約 17 W で一定に保たれました。表 4 は、これら 2 つの実験で使用された平均パワーとフルエンスの値の概要を示しています。さらに、現実世界のアプリケーションにおける階層的な表面再構成の実現可能性と実用性を実証するために、平面および 3D/複雑な形状を持つ一連の Pt-10Ir 電極が再構成されました。

使用したレーザーシステムは、中心波長 1030 nm で 300 fs パルスを生成するダイオードポンプ Yb:YAG 固体レーザー (Coherent StarFemto、サンタクララ、カリフォルニア州) でした。この研究でフェムト秒レーザーを使用する背後にある理論的根拠は、フェムト秒レーザーが材料加工に利用でき、望ましくない付随的損傷（例えば、発生した熱の散逸による）を最小限またはゼロにできることを文献が明確に示しているためです183,184。このような能力は、望ましくないアーティファクトのない、制御可能かつ反復可能な表面再構築プロセスを達成するための鍵となります。実験は空気中、周囲条件下で行われました。表面パターンはグラフィカルエディタ (Coherent が提供する Visual Laser Marker) を介して作成され、軸制御に結び付けられ、ビームパスは偏向ヘッドを使用して方向付けられました。電極は、ＸＹＺ移動ステージ上のチップチルトステージ（ＥｄｍｕｎｄｓＯｐｔｉｃｓ、Ｂａｒｒｉｎｇｔｏｎ、ＮＪ）上に取り付けられた真空プレート上に取り付けられた。電極は、光学式非接触変位トランスデューサ (Micro Epsilon、Ortenburg、Germany) を使用して、表面全体のデルタが 5 μm 以内になるように水平にされました。入射角を最小限に抑えるために、電極を偏向ヘッドの直下に配置しました。

再構成された電極は、相関共焦点顕微鏡 (CM) および走査型電子顕微鏡 (SEM) イメージングを受けました。 CM は ZEISS Smartproof 5 (ZEISS、イエナ、ドイツ) および Keyence VK 3000 (キーエンス、大阪、日本) で実行されました。 SEM および FIB/SEM イメージングは、ZEISS Crossbeam 340 (ZEISS、オーバーコッヘン、ドイツ) を使用して実行されました。 SEM イメージングは、二次電子検出器を使用し、加速電圧 10 kV、さまざまな倍率で実行されました。 2.23、5.58、11.16、22.33、55.82、111.6、223.3 nmのピクセルサイズに対応する50k、20k、10k、5k、2k、1k、500の倍率が使用され、さまざまな長さでの階層構造の調査が可能になりました。秤。さらに、顕微鏡写真は 0° および 45° の傾斜角で撮影され、表面の全体的なトポロジーと 3D 共焦点データとの相関関係をより適切に視覚化することができました。再構成によって引き起こされた表面下の特徴を明らかにするために、電流 100 nA、加速電圧 30 kV でガリウム FIB を使用して FIB 断面化を実行し、幅 50 μm、長さ 100 μm、長さ 80 μm のトレンチを作成しました。深さ。断面の研磨は複数のステップで行われ、最高の断面壁面品質を確保するために 1 nA までの低い電流を使用しました。共焦点データはナノメートルの高さの解像度を提供します (正確な解像度は選択した対物レンズによって異なります)。一方、SEM は横方向にも同様の解像度を提供します。 Mountain Software (Digital Surf、フランス、ブザンソン) によって可能になった 2 つの相関関係により、3 次元すべての表面の完全な特性評価が可能になります。対物レンズと取得モードは、再構成された電極の表面粗さを可能な限り最高の解像度で完全に捕捉できるように選択されました。ある画像間で山や谷などの特徴を位置合わせするのは難しいため、取得したすべての画像から、25 個のフルピーク、20 個のハーフピーク、および 4 個の 4 分の 1 ピークを含む 180 μm × 180 μm の領域が抽出されました。さまざまな表面パラメータを取得するために、次の画像処理ステップが適用されました。 (1) 非測定点の充填（つまり、補間を使用して共焦点情報が存在しない表面上の点を充填します。画像の非測定点の総数は少なくなりました） 5％以上）; (2) 異常値を除去する。 (3) レベリング。 (4) 未測定点を埋める (前のプロセスで追加の未測定点 (常に 1% 未満) が生成された場合のみ) (5) 異物を除去するためのしきい値処理 (6) 表面パラメータの抽出。表面パラメータの設定ISO 25178 規格による二乗平均平方根 (RMS) 表面の高さ (Sq) と表面積比 (Sdr) が、同様に報告されている「表面粗さ」と「追加表面積」を反映する 2 つのパラメーターとして選択されました。 Taylor et al. は、同様のニューラルインターフェイスアプリケーションについて 104、その数学的定式化は式 (1) および (2) で提供されます。

RMS粗さ(Sq)

表面積比（Sdr）

ここで、Z は表面上の各点の高さを示し、A はサンプルの面積を示します。 RMS 粗さは高さ分布の標準偏差に対応し、その堅牢性が測定ノイズの影響を受けにくいため、広く使用されているパラメータです。表面点群は、表面積測定のために三角測量することができます。特に、Sdr は個々の三角形の面積を計算し、それらを合計して、表面の各凹凸とテクスチャ要素に従う曲線の面積を定義します。次に、表面が水平面とどの程度異なるかを決定するために、この領域を水平領域で割ります。このレポート全体を通じて、追加された表面積を定量的に特徴付けるために Sdr を使用します。

電荷蓄積容量 (CSC) は、電極または微小電極アレイの有用性を決定する際に考慮すべき重要な特性であり 42,90 、サイクリックボルタンメトリー (CV) によって測定できます。 CV 試験の電圧は、生体組織や神経に有害な電気化学反応が起こらない範囲に制限されます。組織の反応はアプリケーション固有であるため、実際には、これらの電圧制限は一般に、酸化または還元電流が電極/組織界面で水素または酸素の形成を引き起こさない電位範囲を表す、いわゆる「水ウィンドウ」によって決定されます。 (例: Ag/AgCl 参照電極に対して -0.6 V ～ 0.8 V)42。この研究では、CV を使用して CSC を測定し、電気化学インピーダンス分光法 (EIS) を使用してインピーダンスと比静電容量を測定しました。 CV 試験と EIS 試験は両方とも、Ag/AgCl 参照電極 (ALS-Co Ltd.、RE-1B、東京、日本)、コイル状 Pt カウンターで構成される 3 電極テフロン® プレートセル (図 4) で実行されました。電極、および階層的に再構成された電極を作用電極として使用します。セル内の作用電極の幾何学的表面積 (GSA) は 0.09 cm2 でした。使用した電解質は、市販のリン酸緩衝食塩水（PBS）溶液（Blood Bank Saline、Azer Scientific、モーガンタウン、ペンシルベニア州）でした。すべての電位は、Ag/AgCl 参照電極に関して記録されました。すべての CV テストは、室温で、-0.6 V と 0.8 V の電位制限の間で 50 mV/s の電圧掃引速度 (ν) で、開路電位 (OCP) から開始して最初に正の方向に掃引して実行されました。前に概説したように、水の電気分解が起こらないように電位ウィンドウが選択されました。 EIS 測定は OCP で実行され、-0.6 V ～ 0.8 V の固定電位付近で 10 mV 二乗平均平方根 (Vrms) 正弦波励起電圧振幅を使用して、0.1 ～ 105 Hz の周波数範囲にわたって測定されました。すべての CV および EIS 測定実験は、Gamry ポテンシオスタット (5000E インターフェイス、ペンシルベニア州ウォーミンスター) とベンダー提供のソフトウェアを使用して実行されました。 CV および EIS について報告されるすべてのデータは、条件ごとに 3 回テストされた 3 つの電極の平均、つまり合計 9 回の測定値です。比静電容量は、EIS データと一般的な Randles モデルを使用して計算されました。

CV および EIS 測定に使用されるテストセットアップの概略図。

図5の光学顕微鏡写真とSEM顕微鏡写真に示されているように、階層的表面再構成は、円筒形（図5a）やらせん形（図5a）などのさまざまな神経インターフェース用途の多様な電極形状および幾何学形状に対する堅牢な表面修飾技術として成功裏に採用されました。図 5b) 心調律アプリケーション用の Pt-10Ir 電極、超高密度マッピング電気生理学カテーテル用のリベット型 Pt-10Ir 電極 (図 5c)、および経皮的脊髄刺激に使用する円筒形 (図 5d) Pt-10Ir 電極電極アレイ。再構成の結果として作成された階層的な表面構造は、パドルリード脊髄刺激電極アレイでの使用を対象とした平坦な Pt-10Ir 電極の SEM 顕微鏡写真で観察できます (図 6)。顕微鏡写真から、表面の階層構造は、幅数ミクロン、高さ約 10 ～ 20 μm の粗い丘状の特徴と、その範囲内の丘状構造の上部にあるより微細な構造のサブセットで構成される周期的な地形によって顕著であることが明らかになりました。大きさは数ナノメートルから数百ナノメートル程度です。図6で観察されたパターンは、より大規模な構造を保存するために、この研究全体を通じて維持されています。これにより、フルエンスと平均パワーという最も一般的にアクセス可能なレーザーパラメータに焦点を当て、パターンとは独立して調整性を調査することが可能になります。著者らは、将来の研究における調整可能なパラメータとしてパターン（つまり、表面上のレーザースポットの幾何学的経路）を探索する必要性を認めているが、現在の研究から得られた教訓はそのような研究に貴重な洞察を提供し、そうでなければ法外に広範な実験を制限する可能性があると信じている。分野。

さまざまな神経インターフェース用途のための階層的に再構成された電極の SEM 顕微鏡写真: (a) 円筒形、(b) 心調律管理用途のためのらせん Pt-10Ir 電極。 (c) 電気生理学マッピングカテーテル用のリベット型 Pt-10Ir 電極、および (d) 経皮脊髄刺激電極アレイで使用する円筒形 Pt-10Ir 電極。

パドルリード脊髄刺激電極アレイに使用される Pt-10Ir 合金電極の表面に誘導された階層的表面構造の SEM 顕微鏡写真。

図 7 は、0.61、1.98、および 3.35 ワットで再構成された実験 1 の電極 (上の行) と、12.3、4.1、および 2.46 J/cm2 のフルエンスで再構成された実験 2 の電極 (下の行) の代表的な SEM 顕微鏡写真を示しています。すべての SEM 顕微鏡写真は 45° の傾斜角で撮影されており、表面全体のトポロジーをより良く視覚化できる一方、挿入図は 0° の傾斜角で撮影されています。これらの SEM 顕微鏡写真は、電極表面上のより小さな長さスケールの特徴の普及率が、より高い平均出力でより高くなるということを定性的に示しています。この観察は、図8に提供される相関共焦点画像によって定量的に確認されており、0.61、1.98、および3.35 Wでの階層的に再構成されたPt-10Ir電極の代表的な2Dヒートマップビュー（上の行）および3Dビュー（下の行）共焦点マップを示しています。平均的なパワー。フルエンス 12.30、4.10、および 2.46 J/cm2 の代表的な共焦点画像を図 9 に示します。同様に、平均出力の関数としての粗さとテクスチャの増加が SEM および共焦点画像で観察されます。 2D ヒートマップビューの共焦点画像と SEM 顕微鏡写真は、粗さの増加が起伏の増加として現れることを示しています。可変平均パワーの画像では、粗さの増加と構造の深さの増加が伴いますが、フルエンスの変化は同様の傾向を示しません。円形からの逸脱も、図 8 (平均パワー) よりも図 9 (フルエンス) で顕著であり、ピーク間のギャップが大幅に減少しています。エネルギー分散型分光法（EDS）は、再構成されていない Pt-10Ir 電極と階層的に再構成された Pt-10Ir 電極の両方に対して 0°の傾斜角で実行されました。図 10 は、両方の電極表面の EDS 組成マップを示しています。表 5 は、両方の電極表面の元素組成をまとめたものです。 12.30 J/cm2 フルエンスで階層的な表面を再構築した後、酸素濃度が約 5% 増加したことに注意してください。

平均パワー 0.61、1.98、および 3.35 W (上の列) とフルエンス 12.30、4.10、および 2.46 J/cm2 (下の列) における Pt-10Ir 電極の階層的に再構成された表面の代表的な走査型電子顕微鏡 (SEM) 顕微鏡写真。

平均電力 0.61、1.98、および 3.35 W における Pt-10Ir 電極の階層的に再構成された表面の代表的な 2D (上段)、1D (中段)、および 3D (下段) 共焦点マップ。なお、断面プロファイル（１Ｄ共焦点マップ）は、マップの中央の水平方向に沿った位置で得られる。

フルエンス 12.30、4.10、および 2.46 J/cm2 での Pt-10Ir 電極の階層的に再構成された表面の代表的な 2D (上段)、1D (中段)、および 3D (下段) 共焦点マップ。なお、断面プロファイル（1D共焦点マップ）は、マップの中央の水平方向に沿って取得されます。

(左) 再構成されていない Pt-10Ir 電極、および (右) 12.30 J/cm2 フルエンスで処理された階層的に再構成された Pt-10Ir 電極の元素 EDS マップ。

観察された表面の性能挙動を調査するために、平均電力を変化させながら再構成された実験1のすべての電極と再構成されていない元のPt-10Ir電極（挿入図）のサイクリックボルタモグラムを図11aに示します。総充電貯蔵容量 (CSCtotal) は式 1 に従って計算されました。 (3) サイクリックボルタモグラムの下の領域を積分することにより、次のようになります。

a) さまざまな再構成条件 (0.61 ～ 3.35 W) で再構成された一連の電極と未再構成の未使用の Pt-10Ir 電極 (挿入図)、および、b) 電極との比較のための厚さ 4 μm の TiN コーティングのサイクリックボルタモグラム3.35 W で再構成され、元の状態の Pt-10Ir 電極。注目すべきは、平均電力 3.35 W で再構成された電極の CSCtotal が、再構成されていない電極と比較して 2 桁増加していることです。

ここでは、平均電力を変化させることで調整可能であることが明確に観察されます。平均パワーの増加により、CSCtotal が継続的に向上することが示されています (図 11a)。より良い背景を提供するため、および比較のために、厚さ 4 μm の TiN コーティング、3.35 W で再構成された電極、および元の Pt-10Ir 電極のサイクリックボルタモグラムを図 11b に示します。 3.35 W で再構成された電極は、再構成されていない Pt-10Ir 電極と比較して CSCtotal が 2 桁以上増加しているだけでなく、その CSCtotal は心調律管理アプリケーションで日常的に使用されている厚さ 4 μm の TiN コーティングの CSCtotal を上回っています。レーザー再構成電極についてこのような性能の向上と調整性が報告されたのはこれが初めてです。初期の Pt10Ir 電極は、Pt 電極と同様の明確な酸化および還元ピークを示します 42。一方、レーザーで再構成された Pt10Ir 電極は、実質的に大きなボルタモグラムを示し、どちらも半長方形であり、TiN と同様の二重層静電容量を示しています。また、0.8 V に酸化ピークと、0.1 V 付近に固有の小さな還元ピークも含まれています。 Pt-10Ir、挿入図の未使用の Pt-10Ir 電極の CV ボルタモグラムに示されています。

実験 1 から選択した電極、未加工の Pt-10Ir 電極、および TiN コーティングのインピーダンスの大きさを周波数の関数として示したもの (0.1 ～ 105 Hz の周波数範囲でプロット) を図 12 に示します。最も顕著なのは、1000 Hz 未満の周波数です。 EIS テストとインピーダンス測定 (図 12) では、階層的に再構成された電極 (3.35 W で) のインピーダンスが、元の Pt-10Ir 対応物と比較して最大約 2 桁減少していることがわかります。より高い周波数では、すべての電極が電解質の導電率によって支配される抵抗挙動を示します。最も注目すべきことは、図１２ｃに示すように、３．３５Ｗで再構成された電極のインピーダンス挙動は、名目上、ＴｉＮ被覆電極のインピーダンス挙動と同一である。さらに注目すべきことに、EISの測定と静電容量の計算は、階層的な表面の再構築後（3.35 Wで）、比静電容量が700倍を超える増加を示しています（図13）。さらに、階層的な表面の再構築には、レーザーパラメータの変化と調整を通じて電極のESAを設計できる独自の利点と可能性があります。ここで、このような調整機能は、レーザーの異なる平均パワー値をダイヤルするだけで簡単に実現できます。フルエンスについても同様の傾向が観察されます。しかし、何がそのような性能と調整可能性を駆動するのか、また表面積の増加と電極の粗化という広く採用されている推論が観察された性能の向上に主に寄与しているのかどうかという疑問がまだ残っています。

(a) 元の再構成されていない Pt-10Ir 電極の周波数の関数としてのインピーダンスの大きさ (0.1 ～ 105 Hz の周波数範囲でプロット)、および平均電力の関数として階層的に再構成された電極を選択します (0.61、1.52 で再構成された電極のみ) (b) 厚さ 4 μm の TiN コーティングされた Pt-10Ir 電極と比較のための未使用の Pt-10Ir 電極の周波数の関数としてのインピーダンスの大きさ (0.1 ～ 10 Hz の周波数範囲でプロット) (c) 厚さ 4 µm の TiN コーティング Pt-10Ir 電極と 0.61 W で再構成された Pt-10Ir 電極の周波数の関数としてのインピーダンスの大きさ (0.1 ～ 10 Hz の周波数範囲でプロット) 3.35W

表面積比 (Sdr)、総電荷蓄積容量 (a) および比容量 (b) をレーザー平均パワーの関数としてプロットしたもの。また、平均表面粗さ (Sq)、総電荷蓄積容量 (c) および比容量 (d) をレーザー平均パワーの関数としてプロットしています。

図 13 と 14 は、レーザー加工パラメーター (平均パワーとフルエンス)、表面パラメーター、およびパフォーマンスの変化の関係を示しています。図 13 では、性能メトリクス (CSCtotal および比容量) および表面パラメータ (Sdr および Sq) が平均電力と相関しており、図 14 はその相関をフルエンスと示しています。 CSC 総静電容量と比静電容量の両方の性能指標は、平均電力とフルエンスに応じて比較的一貫した増加挙動を示しますが、表面パラメータは、これらの表面パラメータと性能の間の直接の関係を打ち消す予測不可能な挙動をたどる傾向があります。図 13 から、平均パワーが増加した場合のパフォーマンスの向上は、いずれかの表面パラメータの一貫した増加傾向を必ずしも保証するものではないことが明らかです。さらに、図 14 は、パフォーマンスが比較的一貫して増加傾向にあるにもかかわらず、フルエンスが増加すると、両方の表面パラメータが減少傾向を示すことを示しています。

表面積比、総電荷蓄積容量 (a) および比容量 (b) をレーザーフルエンスの関数としてプロットしたもの。また、レーザーフルエンスの関数としての平均表面粗さ（Sq）、総電荷蓄積容量（c）および比容量（d）のプロットも示されています。

これらの観察と傾向は、いくつかの潜在的な原因に起因する可能性があります。まず、図を参照してください。図８および図９を参照すると、性能が向上した電極では、周波数が高くなるほど微細なナノスケールの特徴がより顕著に現れることがはっきりとわかる。性能の低い表面はほぼ理想的な円形形状をしていますが、性能の高い表面は真円から逸脱し、ピーク付近に高周波のうねりが見られます。ただし、定量的に測定すると、表面の他の特徴が計算を支配した可能性があります。私たちの意見では、これには、表面と観察される性能測定基準をより適切に関連付けることができる、従来の表面測定基準とは異なる新しい機能的な表面パラメータを考案することが必要です。無視されているもう 1 つの重要な要因は、この研究で使用されているもののような表面感度の高いイメージング技術、つまり SEM や CM では見えない可能性のある地下構造の存在です。本明細書における表面下の特徴とは、目に見える表面の下で電極に加えられる構造的変化を指す。これらには、空隙、亀裂、亀裂などが含まれます。これらの表面下の特徴は、提示された表面特性評価手法では表示されませんが、その構造は表面の地形に関連しているため、サンプルの全体的な性能指標に寄与し、アクセス可能な電気化学的表面積の増加に重要な役割を果たす可能性があると仮説が立てられています。電極。これをさらに調査するために、この研究で再構成されたいくつかの電極の FIB 断面が取得され、ここで使用されるイメージング技術では見えない特徴が存在するかどうかが調査されました。図 15 は、フルエンス 4.10 J/cm2 (図 15a、b) および平均出力 1.98 W (図 15c) で階層的に再構成された 2 つの電極の代表的な FIB 断面を示しています。谷の近くで一貫して発生している表面下の特徴（図 15 の赤い破線の矢印で示す）は、図 15 の両方の FIB 断面で明らかです。このような特徴の存在は、ボイドをさらに誘発するレーザー衝撃波に起因すると考えられます。レーザーのスポット位置から離れてください。フェムト秒レーザーは、対応するレーザーに比べて熱や誘発衝撃波が大幅に少ないと認識されていますが、それでも存在しており、ここで証明されているように、表面下の特徴を作り出すことができます。

フルエンス 4.10 J/cm2 (a、b) および平均出力 1.98 W (c) で再構成された階層的に再構成された Pt-10Ir 合金電極の集束イオンビーム (FIB) 断面図。赤い破線の矢印は、レーザー衝撃波に起因すると考えられる地下の特徴を示しています。

この研究では、フェムト秒レーザー技術を使用して電極表面を階層的に再構成する新しい方法が導入され、幅広い神経インターフェース用途における電気化学的性能の調整可能性と制御性が促進されました。一連の階層的に再構成された電極の性能が評価され、非再構成電極および TiN コーティング電極の性能と比較され、他の 2 つに対するレーザー再構成電極の利点が議論されました。さらに、レーザー加工パラメータの変化による性能測定基準の調整可能性が示され、表面および表面下のパラメータの役割が調査されました。表面 RMS と追加表面積では、パフォーマンス指標で観察される傾向を完全に説明できないことが実証されました。したがって、表面パラメータと性能指標をより確実に関連付けるためには、さらなる研究が必要です。最後に、フェムト秒パルスが存在する場合でも、レーザーと電極間の相互作用スポットから離れた表面の下に、潜在的な衝撃波誘発構造が存在することを示しました。表面下の機能もパフォーマンスに貢献します。表面と断面の両方の特性評価を含む今後の研究では、表面下の特徴と性能の影響をより適切に相関させることができるでしょう。最後に、我々は将来の研究において調整可能なパラメータとしてレーザーパターニングを探求する必要性を認識しているが、現在の研究から得られた教訓はそのような研究に貴重な洞察を提供し、さもなければ法外に広い実験分野を制限する可能性があると信じている。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータは、この公開された論文 [およびその補足情報ファイル] に含まれています。

Mulpuru, SK、Madhavan, M.、McLeod, CJ、Cha, YM & Friedman, PA 心臓ペースメーカー: 機能、トラブルシューティング、および管理: 2 部構成シリーズの第 1 部。混雑する。コル。カーディオール。 69、189–210。 https://doi.org/10.1016/j.jacc.2016.10.061 (2017)。

論文 PubMed Google Scholar

Stevenson, I. & Voskoboinik, A. 心臓リズム管理装置。 8月。 J. Gen. Pract. (AJGP) 47、264–271。 https://doi.org/10.31128/AJGP-12-17-4439 (2018)。

記事 Google Scholar

Epstein, LJ & Palmieri, M. 脊髄刺激による慢性疼痛の管理。マウントシナイ J. Med. Ｊ．Ｔｒａｎｓｌ．パース。医学。 79、123–132。 https://doi.org/10.1002/msj.21289 (2012)。

記事 Google Scholar

Ordonez, J.、Schuettler, M.、Boehler, C.、Boretius, T. & Stieglitz, T. 神経補綴用の薄膜と微小電極アレイ。 MRSブル。 37、590–598。 https://doi.org/10.1557/mrs.2012.117 (2012)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Stenehjem, E. & Armstrong, WS 中枢神経系デバイス感染症。感染する。ディス。クリン。 N.Am. 26、89–110。 https://doi.org/10.1016/j.idc.2011.09.006 (2012)。

記事 Google Scholar

Schalk, G. & Leuthardt, EC 皮質電気信号を使用した脳とコンピューターのインターフェイス。 IEEE Rev. Biomed. 工学 4、140–154。 https://doi.org/10.1109/RBME.2011.2172408 (2011)。

論文 PubMed Google Scholar

ケリー、SKら。視覚補綴用の密閉型ワイヤレス網膜下神経刺激装置。 IEEEトランス。バイオメッド。工学 58、3197–3205。 https://doi.org/10.1109/TBME.2011.2165713 (2011)。

論文 PubMed PubMed Central Google Scholar

Theogarajan、L. 視覚障害者の視力を回復するための戦略: 現在の技術と新興技術。神経科学。レット。 519、129–133。 https://doi.org/10.1016/j.neulet.2012.02.001 (2012)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Carlson, ML、Driscoll, CL、Gifford, RH & McMenomey, SO 人工内耳: 現在および将来のデバイスのオプション。耳鼻咽喉科。クリン。 N.Am. 45、221–248。 https://doi.org/10.1016/j.otc.2011.09.002 (2012)。

記事 Google Scholar

ウィルソン、BS 他。人工内耳による音声認識の向上。自然 352、236–238。 https://doi.org/10.1038/352236a0 (1991)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Eljamel, S. & Slavin, K. 神経刺激: 原則と実践 (Wiley、2013)。

Google Scholar を予約する

Compton, AK、Shah, B. & Hayek, SM 脊髄刺激: レビュー。カー。痛み頭痛代表者 16、35–42。 https://doi.org/10.1007/s11916-011-0238-7 (2012)。

論文 PubMed Google Scholar

Jackson, A. & Zimmermann, JB 脳と脊髄のニューラルインターフェイス - 運動機能の回復。ナット。ニューロール牧師。 8、690–699。 https://doi.org/10.1038/nrneurol.2012.219 (2012)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Mailis-Gagnon, A.、Furlan, AD、Sandoval, JA & Taylor, R. 慢性疼痛に対する脊髄刺激。コクランデータベースシステム改訂版 https://doi.org/10.1002/14651858.CD003783.pub2 (2004)。

論文 PubMed Google Scholar

Wolter, T. 神経因性疼痛に対する脊髄刺激: 現在の展望。 J.ペインレス。 7、651–663。 https://doi.org/10.2147/jpr.S37589 (2014)。

論文 PubMed PubMed Central Google Scholar

ステルブリンク、C. & トラップ、H.-J. 心臓デバイスの追跡調査: 将来に何を期待するか? ユーロ。ハート J. サプリメント。 9、I113–I115。 https://doi.org/10.1093/eurheartj/sum071 (2007)。

記事 Google Scholar

Halperin, D.、Heydt-Benjamin, TS、Fu, K.、Kohno, T. & Maisel, WH 埋め込み型医療機器のセキュリティとプライバシー。 IEEE パーベイシブコンピューティング。 7、30–39。 https://doi.org/10.1109/MPRV.2008.16 (2008)。

記事 Google Scholar

ウィスコンシン州メイゼル医療機器に関する安全上の問題は、最近の植込み型除細動器の誤動作に影響を及ぼします。 JAMA 294、955–958。 https://doi.org/10.1001/jama.294.8.955 (2005)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Ko、WH 埋め込み型エレクトロニクスの初期の歴史と課題。ＡＣＭＪ．Ｅｍｅｒｇ．テクノロジー。計算します。システム。 8、8. https://doi.org/10.1145/2180878.2180880 (2012)。

論文 PubMed PubMed Central Google Scholar

Bazaka, K. & Jacob, M. 埋め込み型デバイス: 問題と課題。エレクトロニクス 2、1 ～ 34。 https://doi.org/10.3390/electronics2010001 (2012)。

記事 CAS Google Scholar

Madhavan, M.、Mulpuru, SK、McLeod, CJ、Cha、YM & Friedman, PA 心臓ペースメーカーの進歩と将来の方向性: 2 部構成シリーズの第 2 部。混雑する。コル。カーディオール。 69、211–235。 https://doi.org/10.1016/j.jacc.2016.10.064 (2017)。

論文 PubMed Google Scholar

ウィザレル、CL 心臓リズム制御装置。クリティカル。介護看護師さん。クリン。 N.Am. 6、85–101。 https://doi.org/10.1016/S0899-5885(18)30510-0 (1994)。

記事 CAS Google Scholar

Halbfass, P.、Sonne, K.、Nentwich, K.、Ene, E. & Deneke, T. 心臓調律管理装置の現在の開発。クリン。解像度カーディオール。 107、100～104。 https://doi.org/10.1007/s00392-018-1313-4 (2018)。

論文 PubMed Google Scholar

Lau、CP、Siu、CW & Tse、HF 心調律管理のための埋め込み型デバイスの将来。回覧 129、811–822。 https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.112.000312 (2014)。

論文 PubMed Google Scholar

カーウィン、SH 人工内耳: 技術の進歩、心理的/社会的影響、および長期的な有効性 (Nova Science Publishers Inc, 2014)。

Google スカラー

フィッツパトリック、DA 埋め込み型電子医療機器。

Sennaroglu, L. 内耳奇形における人工内耳 - 総説記事。人工内耳インターナショナル 11、4–41。 https://doi.org/10.1002/cii.416 (2010)。

論文 PubMed Google Scholar

Dodds, CWD、Byrnes-Preston, PJ、Rendl, M.、Lovell, NH、Suaning, GJ、第 4 回国際 IEEE EMBS 会議議事録。 88〜91。

Dowling, J. 光電子網膜補綴物の現在と将来の見通し。 Eye 23、1999 ～ 2005 年。 https://doi.org/10.1038/eye.2008.385 (2009)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Suaning, GJ、Lovell, NH、Schindhelm, K. & Coroneo, MT バイオニックアイ (電子視覚補綴物): レビュー。 8月。 NZJ眼科。 26、195–202。 https://doi.org/10.1111/j.1442-9071.1998.tb01310.x (1998)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

RK シェパード、ミネソタ州シブダサニ、DA ナヤガム、CE ウィリアムズ、PJ ブレイミー視覚障害者のための視覚補綴物。トレンドバイオテクノロジー 31、562–571。 https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2013.07.001 (2013)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Guenther, T.、Lovell, NH、Suaning, GJ バイオニックビジョン: システムアーキテクチャ - レビュー。専門家Rev.Med. 開発者 9、33–48。 https://doi.org/10.1586/erd.11.58 (2012)。

記事 Google Scholar

メイナード、EM 視覚補綴物。アンヌ。バイオメッド牧師。工学 3、145–168。 https://doi.org/10.1146/annurev.bioeng.3.1.145 (2001)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Weiland, JD & Humayun, MS 眼内人工網膜。 IEEE Eng. 医学。バイオル。マグ。 25、60–66。 https://doi.org/10.1109/MEMB.2006.1705748 (2006)。

論文 PubMed Google Scholar

チャン、DTM 他脳深部刺激の合併症: 集合的なレビュー。アジアの J. Surg. 32、258–263。 https://doi.org/10.1016/S1015-9584(09)60404-8 (2009)。

論文 PubMed Google Scholar

ナバロ、X ら。ニューロプロテーゼおよびハイブリッドバイオニックシステムの制御のための末梢神経系とのインターフェースに関する批判的なレビュー。Ｊ．ペリファー。ネルフ。システム。 10、229–258。 https://doi.org/10.1111/j.1085-9489.2005.10303.x (2005)。

論文 PubMed Google Scholar

Obeso、JAO、Rodriguez-Oroz、MC、Krack、P.、Kumar、R. & Lang、AE パーキンソン病における視床下核または淡蒼球の内部の脳深部刺激。Ｎ．Ｅｎｇｌ． J.Med. 改訂 345、956–963。 https://doi.org/10.1056/NOMoa000827 (2001)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Aryan、NP et al. IEEE Engineering in Medicine and Biology Societyの2011年年次国際会議。 2866 ～ 2869 年 (2011 年)。

Ullah, N. & Omanovic, S. 神経刺激電極の有望な材料としての大きな電荷蓄積容量のイリジウム/ルテニウム酸化物コーティング。メーター。化学。物理学。 159、119–127。 https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2015.03.061 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

コーガン、SF、IEEE 医学生物学学会第 25 回年次国際会議議事録 (IEEE カタログ番号 .03CH37439)。 Vol. 3794. 3798–3801.

Prochazka、A.、Mushahwar、VK および McCreery、DB 神経プロテーゼ。Ｊ．Ｐｈｙｓｉｏｌ． 533、99–109。 https://doi.org/10.1111/j.1469-7793.2001.0099b.x (2001)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Cogan、SF 神経刺激および記録電極。アンヌ。バイオメッド牧師。工学 10、275–309。 https://doi.org/10.1146/annurev.bioeng.10.061807.160518 (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

DR メリル脳性麻痺における電気刺激のレビューと今後の方向性に関する推奨事項。開発者医学。子供。ニューロール。 51(補足 4)、154–165。 https://doi.org/10.1111/j.1469-8749.2009.03420.x (2009)。

論文 PubMed Google Scholar

Wessling, B.、Mokwa, W. & Schnakenberg, U. 機能性医療インプラントの刺激材料として使用される酸化イリジウムの RF スパッタリング。Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．マイクロエング。 16、S142–S148。 https://doi.org/10.1088/0960-1317/16/6/s21 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

Robblee, LS、McHardy, J.、Marston, JM & Brummer, SB Pt 電極による電気刺激。 V. Pt 溶解に対するタンパク質の影響。バイオマテリアル 1、135–139。 https://doi.org/10.1016/0142-9612(80)90035-6 (1980)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

テイラー、RS 他痛みの治療における脊髄刺激の費用対効果: 文献の系統的レビュー。 J. 疼痛症状管理 27、370–378。 https://doi.org/10.1016/j.jpainsymman.2003.09.009 (2004)。

記事 Google Scholar

グライダー、JS 他慢性脊髄痛における脊髄刺激の有効性:系統的レビュー。痛みの物理学。 19、E33-54 (2016)。

記事 Google Scholar

リンデロス B. およびフォアマン RD 脊髄刺激の生理学: レビューと更新。ニューロモジュール。テクノロジー。ニューラルインターフェイス 2、150 ～ 164。 https://doi.org/10.1046/j.1525-1403.1999.00150.x (1999)。

記事 CAS Google Scholar

フライ、メインら。腰部手術失敗症候群患者に対する脊髄刺激：体系的レビュー。痛みの物理学。 12、379–397 (2009)。

記事 Google Scholar

Siddiqui, NY、Wu, JM & Amundsen, CL 過活動膀胱に対する仙骨神経刺激の有効性と有害事象：系統的レビュー。ニューロロール。ウロディン。 29、S18–S23。 https://doi.org/10.1002/nau.20786 (2010)。

論文 PubMed Google Scholar

Leng, WW & Chancellor, MB 仙骨神経刺激神経調節の仕組み。ウロル。クリン。 N.Am. 32、11–18。 https://doi.org/10.1016/j.ucl.2004.09.004 (2005)。

記事 Google Scholar

Malouf、AJ、Vaizey、CJ、Nicholls、RJ、Kamm、MA 便失禁に対する永続的な仙骨神経刺激。アン。外科。 232、143–148。 https://doi.org/10.1097/00000658-200007000-00020 (2000)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

マサチューセッツ州カムら。難治性便秘に対する仙骨神経刺激。 Gut 59、333。https://doi.org/10.1136/gut.2009.187989 (2010)。

論文 PubMed Google Scholar

シュミットリチャード、A. 他難治性の切迫性尿失禁の治療のための仙骨神経刺激。 J.ウロル。 162、352–357。 https://doi.org/10.1016/S0022-5347(05)68558-8 (1999)。

記事 Google Scholar

ジャレット、MED et al. 便失禁と便秘に対する仙骨神経刺激の系統的レビュー。 BJS (Br. J. Surg.) 91、1559–1569。 https://doi.org/10.1002/bjs.4796 (2004)。

記事 CAS Google Scholar

ハンドフォース、A.ら。部分発作に対する迷走神経刺激療法。神経学 51、48。https://doi.org/10.1212/WNL.51.1.48 (1998)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Schachter, SC & Saper, CB 迷走神経刺激。てんかん 39、677–686。 https://doi.org/10.1111/j.1528-1157.1998.tb01151.x (1998)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Howland、RH 迷走神経刺激。カー。振る舞い。神経科学。議員 1、64–73。 https://doi.org/10.1007/s40473-014-0010-5 (2014)。

論文 PubMed PubMed Central Google Scholar

Plachta、DT et al. 選択的な迷走神経刺激と最小限の副作用による血圧コントロール。 J. Neural Eng. 11、036011。https://doi.org/10.1088/1741-2560/11/3/036011 (2014)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

Albert, GC、Cook, CM、Prato, FS & Thomas, AW 脳深部刺激、迷走神経刺激、経頭蓋刺激: 刺激パラメーターと神経伝達物質放出の概要。神経科学。生物行動。黙示録33、1042－1060。 https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2009.04.006 (2009)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Amar、AP 難治性てんかんの治療のための迷走神経刺激。専門家ニューロザー牧師。 7、1763 ～ 1773 年。 https://doi.org/10.1586/14737175.7.12.1763 (2007)。

論文 PubMed Google Scholar

Cagnan, H.、Denison, T.、McIntyre, C. & Brown, P. 脳深部刺激を改善するための新技術。ナット。バイオテクノロジー。 37、1024–1033。 https://doi.org/10.1038/s41587-019-0244-6 (2019)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Bergey, GK てんかんの治療における神経刺激。経験値ニューロール。 244、87–95。 https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2013.04.004 (2013)。

論文 PubMed Google Scholar

Shealy, C.、Mortimer, J. & Reswick, J. 後柱の刺激による痛みの電気的抑制: 予備臨床報告。麻酔。アナログ。 46、489–491 (1967)。

CAS PubMed Google Scholar

Aló, KM & Holsheimer, J. 神経因性疼痛の管理のための神経調節の新しい傾向。脳神経外科 50、690–704。 https://doi.org/10.1097/00006123-200204000-00003 (2002)。

論文 PubMed Google Scholar

Melzack, R. & Wall, PD 痛みのメカニズム: 新しい理論。サイエンス 150、971–979 (1965)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Thompson, DM、Koppes, AN、Hardy, JG & Schmidt, CE 中枢神経系微小環境における電気刺激。アンヌ。バイオメッド牧師。工学 16、397–430。 https://doi.org/10.1146/annurev-bioeng-121813-120655 (2014)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Holtzheimer, PE & Mayberg, HS 精神疾患に対する深部脳刺激。アンヌ。神経科学牧師。 34、289–307。 https://doi.org/10.1146/annurev-neuro-061010-113638 (2011)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Gardner, J. 脳深部刺激の歴史: 技術革新と臨床評価ツールの役割。社会スタッド。科学。 43、707–728。 https://doi.org/10.1177/0306312713483678 (2013)。

論文 PubMed Central Google Scholar

Williams, NR & Okun, MS 神経学と精神医学の接点における深部脳刺激 (DBS)。Ｊ．クリン．投資する。 123、4546–4556。 https://doi.org/10.1172/jci68341 (2013)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ブロンスタイン、JM et al. パーキンソン病に対する深部脳刺激: 主要な問題についての専門家の合意とレビュー。アーチ。ニューロール。 68、165。https://doi.org/10.1001/archneurol.2010.260 (2011)。

論文 PubMed Google Scholar

Deuschl、G. et al. パーキンソン病に対する脳深部刺激のランダム化試験。Ｎ．Ｅｎｇｌ． J.Med. 355、896–908。 https://doi.org/10.1056/NEJMoa060281 (2006)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ヘンレ、C.ら。新しいレーザー技術で製造された硬膜下に埋め込まれたマイクロ ECoG 電極に関する初の長期 in vivo 研究。バイオメッド。マイクロ開発。 13、59–68。 https://doi.org/10.1007/s10544-010-9471-9 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

Pistohl, T.、Ball, T.、Schulze-Bonhage, A.、Aertsen, A. & Mehring, C. 人間の ECoG 記録からの腕の動きの軌道の予測。 J. Neurosci. 方法 167、105 ～ 114。 https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2007.10.001 (2008)。

論文 PubMed Google Scholar

シュートラー、M.ら。 2009 年 IEEE Engineering in Medicine and Biology Society の年次国際会議。 1612 ～ 1615 年。

ラスポポビッチ、S. 他リアルタイムの双方向義手で自然な感覚フィードバックを復元します。科学。翻訳。医学。 6、222219。https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3006820 (2014)。

記事 Google Scholar

Donoghue, JP、Nurmikko, A.、Black, M. & Hochberg, LR 四肢麻痺のヒトにおける運動皮質アンサンブルベースのニューラルインターフェイスシステムを使用した支援技術とロボット制御。Ｊ．Ｐｈｙｓｉｏｌ． 579、603–611。 https://doi.org/10.1113/jphysiol.2006.127209 (2007)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hochberg、LR et al. 神経制御されたロボットアームを使用して、四肢麻痺の人が手を伸ばして掴むことができます。自然 485、372–375。 https://doi.org/10.1038/nature11076 (2012)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

スティーグリッツ、T. et al. 神経療法: 修復神経科学の進歩と神経学の脳研究の進歩。 297–315 (2009)。

Homer、ML、Nurmikko、AV、Donoghue、JP & Hochberg、LR 皮質内脳コンピューターインターフェイスのセンサーとデコード。アンヌ。バイオメッド牧師。工学 15、383–405。 https://doi.org/10.1146/annurev-bioeng-071910-124640 (2013)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Boehler, C.、Stieglitz, T. & Asplund, M. ナノ構造プラチナグラスは、神経微小電極の優れたインピーダンス低減を可能にします。バイオマテリアル 67、346–353。 https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2015.07.036 (2015)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Bradley, K. テクノロジー: 脊髄と神経根刺激装置の解剖学: リードと電源。痛みの治療。 7、S27～S34。 https://doi.org/10.1111/j.1526-4637.2006.00120.x (2006)。

記事 Google Scholar

Normann, RA & Fernandez, E. 貫通ニューラルインターフェイスとユタ州電極アレイ技術の臨床応用。 J. Neural Eng. 13、061003。https://doi.org/10.1088/1741-2560/13/6/061003 (2016)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

Hayden, CJ & Dalton, C. フェムト秒レーザー微細加工を使用した微小電極アレイの直接パターニング。応用サーフィン。科学。 256、3761–3766。 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.01.022 (2010)。

記事 ADS CAS Google Scholar

グリーン、RA 他。レーザー微細加工によって製造された移植可能な微小電極アレイの細胞毒性。バイオマテリアル 31、886–893。 https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2009.09.099 (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Green, RA、Lovell, NH、Wallace, GG & Poole-Warren, LA 神経界面用の導電性ポリマー: 効果的な長期インプラントの開発における課題。バイオマテリアル 29、3393–3399。 https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2008.04.047 (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Hoh, G.、Tamm, A.、Schier, M. & Schaldach, M. 電気活性コーティングされたカテーテル電極と従来の電極の感知挙動の比較研究。プログレ。バイオメッド。解像度 98、18–21 (1998)。

Google スカラー

Daubinger, P.、Kieninger, J.、Unmussig, T. & Urban, GA ナノ構造白金電極の電気化学的特性 - サイクリックボルタンメトリー研究。物理学。化学。化学。物理学。 16、8392–8399。 https://doi.org/10.1039/c4cp00342j (2014)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Norlin, A.、Pan, J. & Leygraf, C. ペースメーカー電極用途における刺激/感知材料の電気化学的挙動の研究 II。導電性酸化物電極。Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．社会 https://doi.org/10.1149/1.1933372 (2005)。

記事 Google Scholar

グリーン、RA 他。安全な神経刺激のためのプラチナ電極のレーザーパターニング。 J. Neural Eng. 11、056017。https://doi.org/10.1088/1741-2560/11/5/056017 (2014)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Beebe, X. & Rose, TL 重炭酸緩衝生理食塩水中での 0.2 ms パルスによる活性化酸化イリジウム電極の電荷注入限界 (神経刺激用途)。 IEEEトランス。バイオメッド。工学 35、494–495。 https://doi.org/10.1109/10.2122 (1988)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Harris, AR、Paolini, AG & Wallace, GG 酸化イリジウム神経電極の有効面積と電荷密度。エレクトロキム。アクタ 230、285 ～ 292。 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.02.002 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Zeng、Q.ら。神経刺激微小電極を改善するために、白金ナノコーン上に酸化イリジウムを電着しました。エレクトロキム。アクタ 237、152–159。 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.03.213 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Negi, S.、Bhandari, R.、Rieth, L.、Solzbacher, F. スパッタリングされた酸化イリジウムとプラチナでコーティングされた神経埋め込み型微小電極アレイのインビトロ比較。バイオメッド。メーター。 5、15007。https://doi.org/10.1088/1748-6041/5/1/015007 (2010)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Cogan, SF、Troyk, PR、Ehrlich, J. & Plante, TD 活性化酸化イリジウム (AIROF) と白金イリジウム微小電極の電荷注入限界の in vitro 比較。 IEEEトランス。バイオメッド。工学 52、1612–1614。 https://doi.org/10.1109/TBME.2005.851503 (2005)。

論文 PubMed Google Scholar

Weiland, JD、Anderson, DJ & Humayun, MS 酸化イリジウムと窒化チタンの刺激電極のインビトロ電気特性。 IEEEトランス。バイオメッド。工学 49、1574–1579。 https://doi.org/10.1109/TBME.2002.805487 (2002)。

論文 PubMed Google Scholar

Wessling, BR、Besmehn, A.、Mokwa, W. & Schnakenberg, U. 反応性スパッタリング酸化イリジウム。Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．社会 https://doi.org/10.1149/1.2713691 (2007)。

記事 Google Scholar

グエン、CM 他。生物医学用マイクロデバイスのための酸化イリジウムのゾルゲル堆積。センサー (バーゼル) 15、4212–4228。 https://doi.org/10.3390/s150204212 (2015)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Cogan, SF、Plante, TD & Ehrlich, J. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society の第 26 回年次国際会議。 4153–4156。

Slavcheva, E.、Vitushinsky, R.、Mokwa, W. & Schnakenberg, U. 機能的電気刺激のための電荷注入材料としての酸化イリジウム膜のスパッタリング。Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．社会 https://doi.org/10.1149/1.1747881 (2004)。

記事 Google Scholar

コーガン、SF et al. 神経刺激電極用のスパッタリング酸化イリジウム膜。Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．メーター。解像度 B 応用バイオメーター。 89、353–361。 https://doi.org/10.1002/jbm.b.31223 (2009)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Cogan, SF、Ludwig, KA、Welle, CG & Takmakov, P. 治療用電気刺激中の組織損傷閾値。 J. Neural Eng. 13、021001。https://doi.org/10.1088/1741-2560/13/2/021001 (2016)。

論文 ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

テイラー、G.ら。移植可能な神経インターフェース用途のためのイリジウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム二元金属酸化物固溶体薄膜の研究。表面およびコーティング技術 426、doi:https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.127803 (2021)。

テイラー、G.ら。神経変調、センシング、および記録用途向けの、反応性スパッタリングされた酸化ロジウム、ルテニウム、およびイリジウムの薄膜の電気化学的強化。エレクトロキム。アクタ。 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.139118 (2021)。

記事 Google Scholar

ページ、N. et al. 反応性スパッタリング酸化イリジウムコーティングの微細構造および電気化学的性能に対する蒸着パラメータの影響。メーター。今日はコミュ。 https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2021.102967 (2021)。

記事 Google Scholar

カリフォルニア州オウテン、DW コノプカおよびフェネシー、TF 真空コーター協会、第 57 回年次技術会議議事録、シカゴ。

Meijs, S. et al. 窒化チタン神経刺激電極の電気化学的特性: in vitro および in vivo 研究。フロント。神経科学。 9, 268。 https://doi.org/10.3389/fnins.2015.00268 (2015)。

論文 PubMed PubMed Central Google Scholar

Li, M.、Zhou, Q. & Duan, YY 低コストの完全移植可能な皮質電気刺激装置の開発のためのナノ構造多孔質白金電極。 Sens. アクチュエーター B Chem. 221、179–186。 https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.06.053 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

ボレティウス、T. et al. IEEE Engineering in Medicine and Biology Societyの2011年年次国際会議。 5404–5407 (2011)。

Xia, K.、Sun, B.、Zeng, Q.、Wu, T.、Humayun, MS 2017 IEEE 12th International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (NEMS)。 291–294 (2017)。

グリーン、RA 他。神経人工装具を刺激するための導電性ポリマー電極の性能。 J. Neural Eng. 10、016009。https://doi.org/10.1088/1741-2560/10/1/016009 (2013)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

グリーン、RA 他。医療用電極上の導電性ポリマーコーティングの基材依存性の安定性。バイオマテリアル 33、5875–5886。 https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2012.05.017 (2012)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Latif, T.、McKnight, M.、Dickey, MD & Bozkurt, A. ゴキブリバイオボットの神経刺激用電極のインビトロ電気化学的評価。 PLoS ONE 13、e0203880。 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0203880 (2018)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Du、ZJ、Luo、X.、Weaver、C.、および Cui、XT ポリ (3, 4-エチレンジオキシチオフェン) イオン液体コーティングにより、MEA の神経記録および刺激機能が向上します。 J. メーター。化学。 Cメーター。 3、6515–6524。 https://doi.org/10.1039/C5TC00145E (2015)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Xiao、Y.ら。マルチチャネル神経プローブ上でのポリ(ヒドロキシメチル化-3,4-エチレンジオキシチオフェン) (PEDOT-MeOH) の電気化学重合。 Sens. アクチュエーター B Chem. 99、437–443。 https://doi.org/10.1016/j.snb.2003.12.067 (2004)。

記事 CAS Google Scholar

Green, R. & Abidian, MR 神経補綴物および神経インターフェース用途のための導電性ポリマー。上級メーター。 27、7620–7637。 https://doi.org/10.1002/adma.201501810 (2015)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ドリスコル、N.ら。 in vivo 神経記録用の Ti3C2 MXene 微小電極アレイの作製。 J.Vis. 経験値 https://doi.org/10.3791/60741 (2020)。

論文 PubMed Google Scholar

ドリスコル、N.ら。高解像度ニューラルインターフェイス用の 2 次元 Ti3C2 MXene。 ACS ナノ 12、10419 ～ 10429。 https://doi.org/10.1021/acsnano.8b06014 (2018)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang, K.、Fishman, HA、Dai, H. & Harris, JS カーボンナノチューブ微小電極アレイによる神経刺激。ナノレット。 6、2043 ～ 2048 年。 https://doi.org/10.1021/nl061241t (2006)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Voge, CM & Stegemann, JP 神経インターフェース用途におけるカーボンナノチューブ。 J. Neural Eng. 8、011001。https://doi.org/10.1088/1741-2560/8/1/011001 (2011)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

Ben-Jacob, E. & Hanein, Y. ニューロンインターフェース用のカーボンナノチューブ微小電極。 J. メーター。化学。 https://doi.org/10.1039/b805878b (2008)。

記事 Google Scholar

キーファー、EW、ボッターマン、BR、ロメロ、ミシガン州、ロッシ、AF & グロス、GW カーボンナノチューブコーティングにより、神経記録が改善されます。ナット。ナノテクノロジー。 3、434–439。 https://doi.org/10.1038/nnano.2008.174 (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Seidlits, SK、Lee, JY & Schmidt, CE 神経応用のためのナノ構造足場。ナノメディシン 3、183–199。 https://doi.org/10.2217/17435889.3.2.183 (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Park, S.、Song, YJ、Boo, H. & Chung, TD 神経刺激および記録用のナノ多孔質 Pt 微小電極: インビトロ特性評価。Ｊ．Ｐｈｙｓ．化学。 114、8721–8726。 https://doi.org/10.1021/jp911256h (2010)。

記事 CAS Google Scholar

Maher, M.、Pine, J.、Wright, J.、Tai, Y.-C. ニューロチップ: 培養ニューロンを刺激し、記録するための新しい多電極デバイス。 J. Neurosci. 方法 87、45 ～ 56。 https://doi.org/10.1016/S0165-0270(98)00156-3 (1999)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Cogan、SF、Guzelian、AA、Agnew、WF、Yuen、TG & McCreery、DB オーバーパルスは、皮質内神経刺激に使用される活性化酸化イリジウム膜を劣化させます。 J. Neurosci. 方法 137、141 ～ 150。 https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2004.02.019 (2004)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Mailley, SC、Hyland, M.、Mailley, P.、McLaughlin, JM & McAdams, ET 神経刺激電気信号に適用される電着酸化イリジウム薄膜電極の電気化学的および構造的特性評価。メーター。科学。工学 C 21、167–175。 https://doi.org/10.1016/S0928-4931(02)00098-X (2002)。

記事 Google Scholar

Schuettler, M.、Stiess, S.、King, BV & Suaning, GJ シリコーンゴムと白金箔のレーザー切断による移植可能な微小電極アレイの製造。 J. Neural Eng. 2、S121-128。 https://doi.org/10.1088/1741-2560/2/1/013 (2005)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Cui, XT & Zhou, DD 慢性神経刺激用ポリ (3,4-エチレンジオキシチオフェン)。 IEEEトランス。神経系リハビリ。工学 15、502–508。 https://doi.org/10.1109/TNSRE.2007.909811 (2007)。

論文 PubMed Google Scholar

ジャン、Ｅら。層状カーボンナノチューブ高分子電解質電極は、従来の神経界面材料よりも優れた性能を発揮します。ナノレット。 9、4012–4018。 https://doi.org/10.1021/nl902187z (2009)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Aregueta-Robles、UA、Wooley、AJ、Poole-Warren、LA、Lovell、NH、Green、RA 次世代ニューラルインターフェイス用の有機電極コーティング。フロント。ニューロエング。 7、15。https://doi.org/10.3389/fneng.2014.00015 (2014)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Weremfo, A.、Carter, P.、Hibbert, DB、Zhao, C. 神経刺激用の電気化学的に粗面化した白金電極の界面特性を研究。ラングミュア 31、2593 ～ 2599。 https://doi.org/10.1021/la504876n (2015)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Tykocinski, M.、Duan, Y.、Tabor, B. & Cowan, RS 高表面積 (HiQ) プラチナ電極を使用した聴覚神経の慢性電気刺激。聞く。解像度 159、53–68。 https://doi.org/10.1016/S0378-5955(01)00320-3 (2001)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Schuettler, M. IEEE EMBS の第 29 回年次国際会議の議事録。 186～189。

Fisk、AE 生体適合性埋め込み型電極。米国特許 (2013)。

クリスチャン・ヘンレ、S.、メンバー、フアン・S・オルドネス、トーマス・スティーグリッツ。第 30 回年次国際 IEEE EMBS カンファレンス。 4208 ～ 4211。

Green、RAHT、Dodds、C. & Lovell、NH サイズと表面粗さによる白金電極の性能の変化。メーター上院議員。 24、165–180 (2012)。

CAS Google スカラー

ストーバー、T.ら。薬物送達デバイスの開発: フェムト秒レーザーを使用した人工内耳の電極の修正。人工内耳インターナショナル 8、38–52。 https://doi.org/10.1179/cim.2007.8.1.38 (2007)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Zhang, J. 人工脈絡膜上間質液における電極性能に対する表面トポグラフィーの影響の比較 (ニューサウスウェールズ大学、2016)。

Google スカラー

Rohrig, M.、Thiel, M.、Worgull, M. & Holscher, H. ナノおよびマイクロ構造の階層的なヤモリを模倣した表面の 3D 直接レーザー書き込み。小 8、3009 ～ 3015。 https://doi.org/10.1002/smll.201200308 (2012)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Zhang, F. & Low, HY インプリントされた階層構造上の異方性湿潤性。ラングミュア 23、7793–7798。 https://doi.org/10.1021/la700293y (2007)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Xiu, Y.、Zhu, L.、Hess, DW & Wong, CP コロイドの自己組織化と Au スパッタ堆積を組み合わせることによる階層的表面構造の生体模倣的作成。ラングミュア 22、9676–9681。 https://doi.org/10.1021/la061698i (2006)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Koch, K.、Bhushan, B.、Jung, YC & Barthlott, W. 人工ハスの葉の作製と超疎水性と低接着性のための階層構造の重要性。ソフトマター https://doi.org/10.1039/b818940d (2009)。

記事 Google Scholar

Lee, Y.、Park, SH、Kim, KB & Lee, JK 自然の超疎水性表面を模倣するポリマー表面上の階層構造の作製。上級メーター。 19、2330–2335。 https://doi.org/10.1002/adma.200700820 (2007)。

記事 CAS Google Scholar

Greiner, C.、Arzt, E. & del Campo, A. 階層的な Gecko のような接着剤。上級メーター。 21、479–482。 https://doi.org/10.1002/adma.200801548 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

Kunz, C.、Muller, FA & Graf, S. フェムト秒レーザー加工による多機能階層表面構造。資料 (バーゼル) https://doi.org/10.3390/ma11050789 (2018)。

記事 Google Scholar

パパドプロウ、EL 他階層的 ZnO 構造の可逆的な光誘起濡れ性転移。Ｊ．Ｐｈｙｓ．化学。 C 113、2891–2895。 https://doi.org/10.1021/jp8085057 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

Cortese, B. et al. PDMS 表面の階層スケールの粗さによる超疎水性。ラングミュア 24、2712–2718。 https://doi.org/10.1021/la702764x (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Erbil, HY、Demirel, AL、Avci, Y. & Mert, O. 単純なプラスチックの超疎水性表面への変換。サイエンス 299、1377–1380 (2003)。

記事 CAS Google Scholar

Lee, W.、Jin, M.-K.、Yoo, W.-C. & リー、J.-K. 明確に定義されたナノメートルスケールのトポグラフィーと調整された表面濡れ性を備えたポリマー基板のナノ構造化。ラングミュア 20、7665 ～ 7669。 https://doi.org/10.1021/la049411+ (2004)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Guo、C.ら。親水性ポリマーからのナノ構造誘起疎水性表面の大面積作製。 ChemPhysChem 5、750–753。 https://doi.org/10.1002/cphc.200400013 (2004)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Feng, XJ & Jiang, L. スーパーウェッティング/アンチウェッティング表面の設計と作成。上級メーター。 18、3063–3078。 https://doi.org/10.1002/adma.200501961 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

Zhai, L.、Cebeci, F.Ç.、Cohen, RE & Rubner, MF 高分子電解質多層からの安定した超疎水性コーティング。ナノレット。 4、1349 ～ 1353 年。 https://doi.org/10.1021/nl049463j (2004)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Yu、E.、Kim、SC、Lee、HJ、Oh、KH、Moon、MW 非リソグラフィ異方性エッチングによって製造されたナノ構造ガラスの極めて高い濡れ性。科学。議員 5、9362。https://doi.org/10.1038/srep09362 (2015)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Liu, M.、Wang, S.、Wei, Z.、Song, Y. & Jiang, L. 超疎油性かつ低粘着性の水/固体界面の生物からインスピレーションを受けたデザイン。上級メーター。 21、665–669。 https://doi.org/10.1002/adma.200801782 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

Ming, W.、Wu, D.、van Benthem, R. & de With, G. ラズベリー様粒子からの超疎水性フィルム。ナノレット。 5、2298–2301。 https://doi.org/10.1021/nl0517363 (2005)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

プロンコ、PP 他。 800 nmのフェムト秒レーザーを使用したサブミクロンの穴の加工。オプション。共通。 114、106–110。 https://doi.org/10.1016/0030-4018(94)00585-I (1995)。

記事 ADS CAS Google Scholar

コルテ、F.ら。フェムト秒レーザーパルスによるナノ構造化へ。応用物理学。 A 77、229–235。 https://doi.org/10.1007/s00339-003-2110-z (2003)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Chichkov, BN、Momma, C.、Nolte, S.、von Alvensleben, F. & Tünnermann, A. 固体のフェムト秒、ピコ秒およびナノ秒レーザーアブレーション。応用物理学。メーター。科学。プロセス。 63、109。https://doi.org/10.1007/BF01567637 (1996)。

記事 ADS Google Scholar

Nedialkov、NN、Imamova、SE & Atanasov、PA 超短レーザーパルスによる金属のアブレーション。Ｊ．Ｐｈｙｓ． D アプリケーション物理学。 37、638–643。 https://doi.org/10.1088/0022-3727/37/4/016 (2004)。

記事 ADS CAS Google Scholar

門馬、C.ら。固体ターゲットの短パルスレーザーアブレーション。オプション。共通。 129、134–142。 https://doi.org/10.1016/0030-4018(96)00250-7 (1996)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Ｙｉｎ、Ｋ．ら。フェムト秒レーザーの熱蓄積によって引き起こされるマイクロ/ナノ構造は、液体操作に対してパターン化および制御可能な濡れ性を備えています。ナノマイクロレット。 14、97。https://doi.org/10.1007/s40820-022-00840-6 (2022)。

記事 ADS CAS Google Scholar

ウー、T.ら。フェムト秒レーザーでテクスチャー加工された多孔質ナノワイヤー構造ガラスにより、熱画像処理が強化されています。顎。オプション。レット。 20、033801 (2022)。

記事 ADS Google Scholar

Ｙｉｎ、Ｋ．ら。フェムト秒レーザー誘起の堅牢な周期的ナノリップル構造メッシュにより、高効率の油水分離を実現します。ナノスケール 9、14229 ～ 14235。 https://doi.org/10.1039/C7NR04582D (2017)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ウー、Z.ら。非対称表面濡れ性を備えたフェムト秒レーザー構造のヤヌス膜の最近の進歩。ナノスケール 13、2209–2226。 https://doi.org/10.1039/D0NR06639G (2021)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Vorobyev, AY & Guo, C. 直接的なフェムト秒レーザー表面のナノ/マイクロ構造化とその応用。レーザーフォトン。黙示録7、385－407。 https://doi.org/10.1002/lpor.201200017 (2013)。

記事 ADS CAS Google Scholar

アシトコフ、SIら。フェムト秒レーザーパルスによる金属のアブレーションとナノ構造化。量子電子。 44、535–539。 https://doi.org/10.1070/QE2014v044n06ABEH015448 (2014)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Vorobyev, AY & Guo, C. フェムト秒レーザーによる金属のナノ構造化。オプション。経験値 14、2164–2169。 https://doi.org/10.1364/OE.14.002164 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

リン、EJYら。ステンレス鋼 304 とチタンの表面トポグラフィーに対する複数のフェムト秒レーザースキャンの影響を調査し、理解します。応用サーフィン。科学。 353、512–521。 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.06.137 (2015)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Oliveira, V.、Polushkin, NI、Conde, O. & Vilar, R. マイケルソン干渉計とフェムト秒レーザー放射を使用したレーザー表面パターニング。オプション。レーザー技術。 44、2072–2075。 https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2012.03.024 (2012)。

記事 ADS Google Scholar

Vorobyev, AY & Guo, C. フェムト秒レーザーパルスによって生成される多機能表面。Ｊ．Ａｐｐｌ．物理学。 https://doi.org/10.1063/1.4905616 (2015)。

記事 Google Scholar

Vorobyev, AY、Makin, VS & Guo, C. 金属上のフェムト秒レーザーパルスによって誘発されるランダムな表面ナノ構造の周期的秩序化。Ｊ．Ａｐｐｌ．物理学。 https://doi.org/10.1063/1.2432288 (2007)。

記事 Google Scholar

Tommaso Baldacchini, JEC、Zhou, M. & Mazur, E. フェムト秒レーザーを使用したシリコンの微細構造化によって作成された超疎水性表面。 Langmuir 22、4917–4919 (2006)。

記事 Google Scholar

Simon, P. & Ihlemann, J. フェムト秒 UV レーザーパルスによる金属および半導体上のサブミクロン構造のアブレーション。応用サーフィン。科学。 109～110、25～29。 https://doi.org/10.1016/S0169-4332(96)00615-0 (1997)。

記事 ADS Google Scholar

Chimmalgi, A.、Choi, TY、Grigoropoulos, CP & Komvopoulos, K. 走査型プローブ顕微鏡を利用した金属のフェムト秒レーザーによるアパーチャレス近接場ナノ加工。応用物理学。レット。 82、1146–1148。 https://doi.org/10.1063/1.1555693 (2003)。

記事 ADS CAS Google Scholar

ウー、C.ら。微細構造シリコンによるほぼ均一なバンドギャップ以下の吸収。応用物理学。レット。 78、1850 ～ 1852 年。 https://doi.org/10.1063/1.1358846 (2001)。

記事 ADS CAS Google Scholar

ペレイラ、A. et al. レーザー照射による金属の表面ナノ構造化: パルス幅、波長、ガス雰囲気の影響。応用物理学。 A 79、1433 ～ 1437 年。 https://doi.org/10.1007/s00339-004-2804-x (2004)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Koch、J.ら。フェムト秒レーザー誘起溶融ダイナミクスによる金膜のナノテクスチャリング。応用物理学。 A 81、325–328。 https://doi.org/10.1007/s00339-005-3212-6 (2005)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Eversole, D.、Luk'yanchuk, B. & Ben-Yakar, A. 金ナノ球体近くのフェムト秒パルスの散乱によるシリコンのプラズモニックレーザーナノアブレーション。応用物理学。 A 89、283–291。 https://doi.org/10.1007/s00339-007-4166-7 (2007)。

記事 ADS CAS Google Scholar

中田裕子、岡田拓也、前田正樹フェムト秒レーザーを用いたリソグラフィーレーザーアブレーション。応用物理学。 A 79、1481 ～ 1483 年。 https://doi.org/10.1007/s00339-004-2825-5 (2004)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Békési, J.、Klein-Wiele, JH & Simon, P. フェムト秒 UV パルスによる金属の効率的なサブミクロン処理。応用物理学。メーター。科学。プロセス。 76、355–357。 https://doi.org/10.1007/s00339-002-1820-y (2003)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Bonse, J.、Hohm, S.、Kirner, SV、Rosenfeld, A. & Kruger, J. レーザー誘起周期的表面構造 - 科学の常緑樹。 IEEE J. Sel. 上。量子電子。 https://doi.org/10.1109/jstqe.2016.2614183 (2017)。

記事 Google Scholar

Phoulady、A. et al. レーザーアブレーションディレイリングと共焦点イメージングによる高速高解像度ボリュームイメージング。 Scientific Reports 12(1)、12277。https://doi.org/10.1038/s41598-022-16519-2 (2022)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

May, N.、Choi, H.、Phoulady, A.、Tavousi, P. & Shahbazmohamdi, S. プリント基板の三次元再構成: 3D フェムト秒レーザー連続切断および光学イメージングと 3D X 線計算による比較研究断層撮影。マイクロスク。微肛門。 28(S1)、284–286。 https://doi.org/10.1017/S1431927622001945 (2022)。

記事 ADS Google Scholar

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研究開発、Pulse Technologies Inc.、ペンシルバニア州クエーカータウン、18951、米国

シャハラム・アミニ & ウェスリー・セシェ

コネチカット大学生物医工学部、ストーズ、コネチカット州、06269、米国

シャハラム・アミニ、ニコラス・メイ、ホンビン・チョイ、シーナ・シャバズモハマディ

UConn Tech Park、コネチカット大学、ストーズ、コネチカット州、06269、米国

ポウヤ・タヴーシ

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著者全員が実験の実施、データ分析、原稿の準備に貢献しました。

シャハラム・アミニへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

アミニ、S.、セシェ、W.、メイ、N. 他。次世代神経インターフェース電極および微小電極アレイのためのフェムト秒レーザー階層的表面再構築。 Sci Rep 12、13966 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-18161-4

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受信日: 2022 年 3 月 28 日

受理日: 2022 年 8 月 5 日

公開日: 2022 年 8 月 17 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-18161-4

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