تصنيع وتوصيف نظام الكتروني مثل الجلد امتثالي لإدارة الكمي، الجلدي الجرح

الهدف العام من هذا الإجراء هو تصنيع جهاز إلكتروني شبيه بالجلد للإدارة الكمية لجروح الجلد. ويتم تحقيق ذلك أولاً من خلال تطوير جهاز إلكتروني على ركيزة حاملة. وتتمثل الخطوة الثانية في تحضير غشاء مرن لدمج الإلكترونيات بداخله.

بعد ذلك، تُستخرج الإلكترونيات المُصنعة من مركب التصنيع الخاص بها وتُنقل إلى الغشاء. وتتمثل الخطوات النهائية في تغليف الإلكترونيات بطبقة من السيليكون وتوصيل كابل مرن للحصول على البيانات. يتم بعد ذلك تثبيت الجهاز المكتمل بالرقائق بالقرب من أنسجة الجرح للمريض لمراقبة الوقت، ودرجة الحرارة المتغيرة، والموصلية الحرارية للأنسجة كجزء من إدارة علاج الجروح.

تتمثل الميزة الرئيسية لهذا الجهاز مقارنة بالأدوات الحالية التي تعتمد على الفحوصات البصرية المجهرية في قدرته على توفير مراقبة كمية متعددة الوظائف لدرجة الحرارة والموصلية الحرارية بالقرب من أنسجة الجرح. ويوفر هذا الجهاز اللين المتوافق حيوياً والقابل للارتداء على الجلد الوظائف والخصائص اللازمة للاستخدام في الإعدادات السريرية، ويمتلك إمكانات كبيرة لمعالجة القضايا الهامة في إدارة الجروح المزمنة. يمكن تنفيذ بروتوكول الطلاء الدوراني هذا على رقائق السيليكون من أي حجم.

للبدء، قم بإزالة الدهون من الرقائق باستخدام الأسيتون وكحول الإيزوبروبيل. ثم اشطفها بالماء منزوع الأيونات وجففها تحت تدفق النيتروجين. قم بتجفيف الرقيقة من الماء لمدة ثلاث دقائق على لوح تسخين مضبوط عند 110 °C.

الآن، قم بطلاء خمسة جرامات من PDMS على الرقائق باستخدام الطلاء الدوراني بسرعة 3000 RPM لمدة دقيقة واحدة، ثم أكمل العملية بمعالجة الرقائق على لوح ساخن مضبوط عند 150 °C لمدة نصف ساعة. وبعد معالجة الرقائق المطلية بـ PDMS بالأشعة فوق البنفسجية لمدة ثلاث دقائق، قم بطلاء البولي أميد على الرقائق بالطلاء الدوراني. ضع ملي لترين باستخدام ماصة وقم بالتدوير بسرعة 4,000 RPM لمدة دقيقة واحدة للحصول على طبقة بسمك 1.2 micron.

بعد ذلك، يتم تسخين الرقائق مسبقاً على لوح ساخن عند 150 درجة مئوية لمدة خمس دقائق، ثم تُخبز في فرن عند 250 درجة مئوية لمدة ساعتين. بعد ذلك، باستخدام ترسيب التبخير بحزمة الإلكترونات، يتم ترسيب طبقة من الكروم بسمك 20 nanometer من أجل الالتصاق، تليها طبقة من النحاس بسمك 3 micron من أجل التوصيلية. بعد ذلك، يتم طلاء مليليترين من مادة المقاوم الضوئي دورانياً على الرقائق عبر ثلاث خطوات للحصول على طبقة يقل سمكها عن 10 micron.

الآن، قم بمعالجة الرقاقات على لوح ساخن بدرجة حرارة 75 °C لمدة 30 دقيقة. بعد ذلك، استخدم جهاز محاذاة بالأشعة فوق البنفسجية (UV aligner) بقدرة 10 milliwatts per second لتوسيط النمط الإلكتروني النحاسي على الرقاقة. استخدم وقت تعريض يبلغ 25 ثانية.

يُستخدم نمط كسوري لصنع المستشعرات، كما تُصنع شبكة مفتوحة للوصلات البينية. يتم تحميض المقاوم الضوئي في محلول مُظهر بتركيز 33% لمدة دقيقة واحدة. بعد ذلك، تُشطف الرقاقات بالماء منزوع الأيونات وتُجفف تحت تيار من النيتروجين.

قبل المتابعة، افحص الأنماط تحت المجهر للتأكد من خلوها من العيوب. بعد ذلك، قم بنقش النحاس على الرقاقة باستخدام حمام نقش كيميائي لمدة ست دقائق. عقب عملية النقش، اشطف الرقاقات وجففها.

كما في السابق، افحص الأنماط المخرشة باستخدام المجهر؛ حيث يؤدي الإفراط في خرش النحاس بنسبة تزيد عن 20% إلى حدوث إخفاقات ميكانيكية. لخرش طبقة الكروم، استخدم تقنية الخرش بالأيونات التفاعلية لمدة خمس دقائق. بعد التحقق من عملية الخرش، قم بإزالة ما تبقى من مقاومات الضوء باستخدام 10 milliliters من الأسيتون، يليه 10 milliliters من الإيزوبروبانول.

وثالثاً، 20 milliliters من الماء منزوع الأيونات. بعد الانتهاء من عمليات الغمر، يتم تجفيف الرقاقات تحت تيار من النيتروجين. بالنسبة لهذا البروتوكول، يتم تحضير 10 grams من خليط السيليكون للتغليف للمادة المستهدفة التي سيتم نقل الإلكترونيات إليها في طبق بتري بعرض 10 centimeter.

قم بطلاء ثمانية جرامات من الخليط باستخدام الطلاء الدوراني بسرعة 150 RPM لمدة دقيقة واحدة، للحصول على طبقة سيليكون بسمك نصف مليمتر. اترك هذه الطبقة لتجف طوال الليل في درجة حرارة الغرفة.

بعد ذلك، يتم لصق قطع مقاسات محددة من شريط لاصق قابل للذوبان في الماء على رقائق النمط لتعمل كسطح تصفيح للأنماط الإلكترونية. وبعد لصق الشريط، يتم تسخين الرقائق لمدة ثلاث دقائق عند 130 درجة مئوية. ثم يتم نزع الشريط بسرعة لفصل واستعادة الإلكترونيات على أنماط الاستعادة.

استخدم التبخير بالحزمة الإلكترونية لترسيب 20 nanometers من الكروم لتعزيز الالتصاق. ثم رسب 50 nanometers من ثاني أكسيد السيليكون فوق طبقة الكروم. الآن استخرج طبقة السيليكون وعالجها بضوء UV بطول موجي 365 nanometer لمدة دقيقتين وبقدرة 8.9 milliwatts لكل سنتيمتر مربع.

يعمل هذا على تنشيط السطح باستخدام السيليكون المنشط. اضغط الإلكترونيات المسترجعة داخل السيليكون، ووزعها بالتساوي على المادة المستهدفة. بعد ذلك، عالج الشريط بالماء لإذابته، ثم انزع الشريط بعد مرور خمس دقائق.

بعد ذلك، اشطف السيليكون بالماء منزوع الأيونات وجففه على لوح تسخين بدرجة حرارة 90 degree Celsius لمدة دقيقة واحدة. ولإنشاء الجهاز، ابدأ بتغطية وسادات التلامس بقطعة مستطيلة من PDMS باستخدام قوة ترابط فان دير فالس. أما بالنسبة لنقل الإلكترونيات، فقم بتدوير خمسة grams من خليط السيليكون المغلف بسرعة 4,000 RPM لمدة دقيقة واحدة.

ينتج عن ذلك طبقة بسمك 5 µm، تُترك لتجف طوال الليل في درجة حرارة الغرفة. وفي اليوم التالي، يتم تنظيف وسادات المستشعر باستخدام 0.5 mL من مساعد صهر الفولاذ السائل لمدة 3 ثوانٍ. بعد ذلك، يتم ربط كابل شريطي مرن بنقاط التلامس باستخدام الضغط والحرارة التي تتجاوز 60 °C.

افحص التوصيلات باستخدام الملتيميتر. يجب أن تكون المقاومة بين وسادة المستشعر وكابل الفيلم على مسافة سنتيمتر واحد أقل من 1 ohm؛ قم بربط الطرف الآخر من الكابل الشريطي بلوحة دوائر مخصصة بنفس الطريقة. وأخيراً، قم بتوصيل الجهاز بأجهزة الحصول على البيانات عن طريق لحام أسلاك تقليدية بلوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

تم تصنيع جهاز الاستشعار الإلكتروني باستخدام البروتوكول الموصوف. وفُحصت مرونة الجهاز، حيث لم يحدث كسر ميكانيكي تحت تأثير إجهاد الشد، وظل الجهاز يعمل بكفاءة.

تم قياس المقاومة في ستة مواقع للمستشعرات باستخدام صفيحة تسخين عالية الدقة. وقد أظهرت علاقة خطية أن المستشعرات تمت معايرتها بشكل جيد للكشف عن التغيرات الطفيفة في درجة الحرارة. علاوة على ذلك، تم استخدام إشارة "أوميجا ثلاثة" (three omega) معدلة لتقييم الموصلية الحرارية للجهاز في بيئة سريرية.

استُخدم الجهاز لمراقبة التئام الجروح بعد الجراحة لمدة تصل إلى شهر. وبذلك تم قياس درجة حرارة عملية التئام الجرح. وقد لوحظ وجود التهاب شديد في موقع الجرح في اليوم الثالث، وهو ما انعكس في الارتفاع المفاجئ في درجة الحرارة الذي قاسه الجهاز.

بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن تكون لديك معرفة جيدة بكيفية تصنيع جهاز كهربائي تخطيطي متوافق شكلياً للإدارة الكمية للجروح لدى المرضى.