مقالة منهجية

البوليمر تصنيع صفيف إبرة مجهرية من قبل الطباعة التصويرية

DOI:

10.3791/52914

⸱

نوفمبر 17, 2015

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Pharmacy, National University of Singapore, 2Singapore University of Technology and Design, 3Institute of Bioengineering and Nanotechnology, Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), 4Department of Physiology, Yong Loo Lin School of Medicine, National University of Singapore, 5Mechanobiology Institute, National University of Singapore

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هنا ، نقدم بروتوكولا يصف عملية تصنيع خالية من العفن للإبر الدقيقة البوليمرية عن طريق الطباعة الحجرية الضوئية.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تصف هذه المخطوطة تصنيع إبرة مجهرية البوليمر (MN) المصفوفات التي كتبها ضوئيه. أنه ينطوي على عملية خالية من العفن بسيطة باستخدام الضوئية الرئيسية تتكون جزءا لا يتجزأ من العدسات الصغيرة. تم العثور جزءا لا يتجزأ من العدسات الصغيرة للتأثير MN الهندسة (الحدة). صفائف MN قوية بأقطار تتراوح ما بين 41.5 طرف ميكرون ± 8.4 ميكرون و 71.6 ميكرون ± 13.7 ميكرون، مع اثنين من أطوال مختلفة (1336 ميكرون ± 193 ميكرون و 957 ميكرون ± 171 ميكرون) ملفقة. قد توفر هذه المصفوفات MN التطبيقات المحتملة في تسليم المنخفض العوامل العلاجية الجزيئية والجزيئات عن طريق الجلد.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يقدم تسليم عبر الجلد المخدرات نهجا بديلا جذابا لإدارة المخدرات، وخاصة بالنسبة للالجزيئات الحيوية، والتي يتم عن طريق الحقن تحت الجلد تدار على وجه الحصر تقريبا. ومع ذلك، والجلد، وخاصة الطبقة العليا (الطبقة القرنية)، يشكل عائقا هائلا منع الجزيئات الخارجية من دخول جسم الإنسان. في الآونة الأخيرة، ظهرت أجهزة MN إلى تمكين أدوات لإيصال الدواء عن طريق الجلد. الأجهزة MN خلق المسام مؤقتة داخل الطبقة القرنية للسماح بمرور جزيئات الدواء لتحقيق النشاط الفسيولوجي المطلوب مع تحسين امتثال المريض وراحة 1-3.

وقد تم اعتماد أساليب التصنيع المختلفة لافتعال MNS البوليمرية (4). ومع ذلك، فإنها عادة ما تنطوي على عمليات خطوة معقدة ومتعددة تتطلب أوقات طويلة و / أو درجات حرارة عالية لافتعال صفائف MNS 4 لتبسيط عملية التصنيع، وهي خطوة عملية خالية من العفن واحد باستخداموقد وضعت الضوئية الرئيسية مؤخرا 5،6. ومع ذلك، مع هذا الأسلوب، ملفقة كان MNS نصائح إبرة حادة، كما لم ترد أي آلية لتعديل مسار الأشعة فوق البنفسجية (UV) النور تشارك في ضوئيه.

في هذه الدراسة، تم اقتراح microlenses جزءا لا يتجزأ في الضوئية الرئيسية لتحديد الشكل الهندسي للMNS. بروتوكول لافتعال photomasks تتكون من microlenses جزءا لا يتجزأ من وMN تصنيع مع وذكرت نصائح حادة باستخدام الضوئية الرئيسية في وقت لاحق.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. الضوئية الرئيسية تلفيق

  1. تنظيف رقاقة 4 "الزجاج مع حل سمكة البيرانا (H 2 SO 4 / H 2 O 2 في نسبة 2: 1) لمدة 20 دقيقة في 120 درجة مئوية عن طريق الغمر في خزان الكوارتز.
  2. إيداع طبقة من الكروم / الذهب (30 نانومتر من الكروم / 1 ميكرون من الاتحاد الافريقي) طبقة على رقاقة الزجاج باستخدام البريد شعاع المبخر 7 (الشكل 1A).
    1. وضع رقائق في المبخر شعاع ه. عندما يصل الفراغ 5 × 10 -6 عربة، بدوره على مصدر الجهد العالي (10 كيلو فولت). السيطرة على سمك من لوحة التحكم الشاشة.
    2. قبل تنظيف كل المواد لمدة 30 ثانية باستخدام بندقية شعاع ه، والحفاظ على مصراع "OFF" (من أجل تجنب ترسب على رقائق).
  3. توليد طبقة مقاومة للضوء اخفاء الكروم / الاتحاد الافريقي لالنقش الرطب العميق من الزجاج.
    1. تطبيق 2 ميكرون مقاومة للضوء سميكة من خلال الدوران 5 مل من محلول لمدة 30 ثانية في 3000 دورة في الدقيقة باستخدام نظام المغطي تدور الرذاذ.Prebake مقاومة للضوء على موقد عند 100 درجة مئوية لمدة 1.5 دقيقة.
    2. فضح وخبز الصعب مقاومة للضوء عند 120 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة على طبق ساخن. فمن الأهمية بمكان لتوليد سطح مسعور والتصاق قوي مقاوم الضوء على طبقة معدنية. نمط طبقة الكروم / الاتحاد الافريقي باستخدام الكروم والاتحاد الافريقي منمشات من خلال مقاومة للضوء تخفي 8،9.
  4. لحماية سطح الزجاج نقوش الأمم المتحدة، السندات مؤقتا رقاقة الزجاج لرقاقة السيليكون وهمية. 9
    1. وضع رقاقة الزجاج على طبق ساخن عند 110 درجة مئوية وإذابة الشمع على الجانب الآخر من رقاقة الزجاج (في مثل هذه الطريقة التي كامل سطح الرقاقة مغطى بالشمع).
    2. وضع رقاقة السيليكون دمية في اتصال مع رقاقة الزجاج واضغط لإزالة الشمع الزائد. من أجل تجنب إراقة الشمع، ووضع المناديل الورقية غرفة نظيفة على موقد.
  5. أداء الحفر الخواص العدسة باستخدام حمض الهيدروفلوريك الأمثل (49٪ V / V)وحمض الهيدروكلوريك (37٪ ت / ت) الحل (في نسبة حجمية من 10: 1). مع محرك مغناطيسي 8.5 10 دقيقة جود من حمض الهيدروكلوريك أمر بالغ الأهمية في تحقيق جودة سطح جيدة من العدسات التي تم إنشاؤها.
    1. تأكد من أن معدل الحفر هو 7 ميكرون / دقيقة. باستخدام إجمالي حجم 200 مل من محلول الحفر. أداء الحفر في وعاء من البلاستيك وتتخذ الاحتياطات السلامة لهذه الخطوة المعالجة.
    2. تنظيف رقاقة في منزوع الأيونات (DI) الماء قبل الشطف والتجفيف في مزيد RT.
  6. بعد الانتهاء العملية، فصل رقاقة من زجاج رقاقة السيليكون دمية والاحماء الشمع باستخدام صفيحة ساخنة عند 100 درجة مئوية لمدة 15 ثانية. كما يذوب الشمع في درجة الحرارة هذه، فصل رقاقة من زجاج رقاقة السيليكون وهمية.
  7. إزالة ما تبقى الشمع، ومقاومة للضوء والمتدلية طبقات الكروم / الاتحاد الافريقي على حواف العدسات باستخدام ultrasonication لمدة 1 ساعة باستخدام N -methyl-2-pyrrolidone مثل المذيبات في 80 ° C في دبابة بالموجات فوق الصوتية.
  8. إنشاء PDMS العفن طبق الأصل من microlenses ملفقة على photomasks 11.
  9. توصيف الأبعاد الضوئية الرئيسية (الطول والعرض) والعفن microlenses PDMS (العمق والقطر) النسخ المتماثلة باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح وstereomicroscope على التوالي 12-14

2. رمح MN تلفيق

  1. إنشاء تجويف 2.5 سم × 0.9 سم باستخدام الشرائح الزجاجية التي شنت على كلا الجانبين من الزجاج. وعدد من الشرائح الزجاجية مكدسة على جانبي تحديد ارتفاع التجويف المعروفة باسم سمك فاصل (الشكل 1B).
  2. تأمين كل طبقة من شرائح الزجاج عن طريق تطبيق طبقة رقيقة من الحل prepolymer تحتوي على بولي (جلايكول الإثيلين) diacrylate (PEGDA، MW = 258 دا) مع 0.5٪ ث / ث 2-هيدروكسي-2-ميثيل propiophenone (HMP) على الشريحة الزجاجية تليها تشعيع للاقامة مع الأشعة فوق البنفسجية عالية الكثافة (UV) ضوء لمدة 2 ثانية.
  3. ضع تضواء كورونا (ملفقة سابقا) مع أسطح الكروم / الاتحاد الافريقي المغلفة التي تواجه المناطق الداخلية من تجويف. تأكد من أن جانبي الجدران تجويف لا تحجب العدسات المدمجة في الضوئية الرئيسية.
  4. ملء تجويف مع حل prepolymer حتى السطح المطلي الكروم / الاتحاد الافريقي على اتصال مع الحل بدون أي فقاعات مرئية.
  5. أشرق الإعداد مع كثافة عالية ضوء الأشعة فوق البنفسجية من شدة المطلوب ل1 ثانية على مسافة 3.5 سم من مصدر الأشعة فوق البنفسجية باستخدام محطة العلاج بالأشعة فوق البنفسجية مع مجموعة فلتر الأشعة فوق البنفسجية من 320-500 نانومتر. استخدام محول الموازاة مع ضوء الأشعة فوق البنفسجية التحقيق.
  6. قياس كثافة الأشعة فوق البنفسجية المستخدمة باستخدام الاشعاع.
  7. بعد التعرض للأشعة فوق البنفسجية، وإزالة الضوئية الرئيسية مع مجموعة من MNS. من أجل حل prepolymer الزائدة التي لا بلمرة في عملية العودة إلى الحاوية الأصلية لإعادة استخدامها.
  8. قياس طول وغيض قطر MNS باستخدام stereomicroscope وفقا لتعليمات الشركة الصانعة.

الطبقة = "jove_title"> 3. MN طبقة بدعم التصنيع

  1. مع ملقط، ضع MNS (ملفقة سابقا) تعلق على الضوئية الرئيسية في بئر من 24 لوحة جيدا كما هو مبين في الشكل 1C.
  2. إضافة حجم محدد (300-400 ميكرولتر) من الحل prepolymer في البئر حتى يتم المغمورة الإبر إلى الارتفاع المطلوب. يحدد هذا الحجم من سمك طبقة دعم الناتجة.
  3. أشرق الإعداد مع كثافة عالية ضوء الأشعة فوق البنفسجية (15.1 W / سم 2)، 10.5 سم بعيدا عن مصدر الأشعة فوق البنفسجية لمدة 1 ثانية.
  4. فصل طبقة دعم على مجموعة من MN الضوئية الرئيسية باستخدام شفرة حادة.
  5. قياس طول وقطر طرف وقطر القاعدة من MNS مع طبقة الدعم باستخدام stereomicroscope وفقا لتعليمات الشركة الصانعة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الهندسة للMNS يمكن أن تتأثر بشكل كبير من الخصائص الضوئية الرئيسية وعدسة مستدقة المضمنة. درجة الانكسار يؤثر على مسار انتقال الأشعة فوق البنفسجية، والتي أثرت على الهندسة MN (الشكل 2A). تم العثور على كل عدسة مستدقة لديها 350 ميكرون القطر، ودمرت 130 ميكرون السطح المحدب، وعمق 62.3 ميكرون (الشكل 2B-D). باستخدام نظرية فيثاغورس، تم العثور على نصف قطر انحناء سطح الأول أن يكون 272.89 ميكرون. تم حساب البعد البؤري ليكون 509.28 ميكرون (النظر ن الزجاج

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد قدم بروتوكول المذكورة أعلاه لتصنيع مجموعة MNS لافتعال مجموعة MNS من ~ 1 سم 2. يمكن تحجيم صفائف من قبل خلق حجم تجويف كبير وباستخدام الضوئية الرئيسية أكبر. يمكن أن تنشأ زيادة حجم تجويف عن طريق زيادة العرض بين الفواصل على أي من الجانبين. لو أن كل خطوة لافتعال صفائف MN في بروتوكول مهمة، وكانت أهم الخطوات: تحديد المواقع الضوئية الرئيسية، وملء حل prepolymer، والتشعيع من الإعداد. يجب أن تكون المواقع من الضوئية الرئيسية في مثل هذه الطريقة التي أسطح الكروم / الاتحاد الافريقي...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن المؤلفون عدم وجود تضارب في المصالح.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذه الدراسة من قبل منحة مؤسسة سنغافورة الوطنية للبحوث (NRF) NRF2012NRF-POC001-043.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
بولي (إيثيلين جلايكول) دياكريلات (PEGDA Mn = 258)SIGMA   ؛475629-500 مل
2-هيدروكسي-2-ميثيل بروبيوفينون (HMP)SIGMA 405655-50 مل
الكولاجين البقري من النوع 1 ، مترافق FITC   ؛SIGMA محطة معالجة الأشعة فوق البنفسجية C4361
     EXFO Photonic Solutions Inc. ، كنداOmniCure S2000-XL
محول الموازاة   ؛EXFO Photonic Solutions Inc. ، كنداEXFO 810-00042
لوحة 24 بئرThermo Fisher Scientific ، الولايات المتحدة الأمريكية
Nikon SMZ 1500 مجهر مجهر نيكون, اليابان
ديلون GL-500 مقياس القوة الرقمية ديلون ، الولايات المتحدة الأمريكية
مجهر متحد البؤر A-1R   ؛نيكون، اليابان

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Zhou, C. P., Liu, Y. L., Wang, H. L., Zhang, P. X., Zhang, J. L. Transdermal delivery of insulin using microneedle rollers in vivo. International journal of pharmaceutics. 392, 127-133 (2010).
  2. Lee, J. W., Choi, S. O., Felner, E. I., Prausnitz, M. R. Dissolving microneedle patch for transdermal delivery of human growth hormone. Small. 7, 531-539 (2011).
  3. Raphael, A. P., et al. needle-free vaccinations in skin using multi layered, densely-packed dissolving microprojection arrays. Small. 6, 1785-1793 (2010).
  4. Lee, J. W., Han, M. R., Park, J. H. Polymer microneedles for transdermal drug delivery. Journal of drug targeting. 21, 211-223 (2012).
  5. Kochhar, J. S., Goh, W. J., Chan, S. Y., Kang, L. A simple method of microneedle array fabrication for transdermal drug delivery. Drug development and industrial pharmacy. 39, 299-309 (2013).
  6. Kochhar, J. S., Zou, S., Chan, S. Y., Kang, L. Protein encapsulation in polymeric microneedles by photolithography. International journal of nanomedicine. 7, 3143-3154 (2012).
  7. Tay, F. E. H., Iliescu, C., Jing, J., Miao, J. Defect-free wet etching through pyrex glass using Cr/Au mask. Microsystem Technologies. 12, 935-939 (2006).
  8. Iliescu, C., Chen, B., Miao, J. On the wet etching of Pyrex glass. Sensors and Actuators, A: Physical. 143, 154-161 (2008).
  9. Iliescu, C., Taylor, H., Avram, M., Miao, J., Franssila, S. A practical guide for the fabrication of microfluidic devices using glass and silicon. Biomicrofluidics. 6, 16505-16516 (2012).
  10. Iliescu, C., Jing, J., Tay, F. E. H., Miao, J., Sun, T. Characterization of masking layers for deep wet etching of glass in an improved HF/HCl solution. Surface and Coatings Technology. 198, 314-318 (2005).
  11. Pan, J., et al. Fabrication of a 3D hair follicle-like hydrogel by soft lithography. Journal of biomedical materials research. Part A. 101, 3159-3169 (2013).
  12. Jay, T. R., Stern, M. B. Preshaping photoresist for refractive microlens fabrication. P Soc Photo-Opt Ins. 1992, 275-282 (1993).
  13. Friedman, G. B., Sandhu, H. S. Longitudinal Spherical Aberration of a Thin Lens. Am J Phys. 35, 628(1967).
  14. Xu, Q. A., Li, J., Zhang, W. Collimated the laser diode beam by the focus lens. Semiconductor Lasers and Applications IV. 7844, (2010).
  15. Lin, T. W., Chen, C. F., Yang, J. J., Liao, Y. S. A dual-directional light-control film with a high-sag and high-asymmetrical-shape microlens array fabricated by a UV imprinting process. J Micromech Microeng. 18, (2008).
  16. Dunne, S. M., Millar, B. J. Effect of distance from curing light tip to restoration surface on depth of cure of composite resin. Prim Dent Care. 15, 147-152 (2008).
  17. Kochhar, J. S., et al. Microneedle integrated transdermal patch for fast onset and sustained delivery of lidocaine. Molecular pharmaceutics. 10, 4272-4280 (2013).
  18. Kochhar, J. S., et al. Direct microneedle array fabrication off a photomask to deliver collagen through skin. Pharmaceutical research. 31, 1724-1734 (2014).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة