复透皮电化学传感的空心微针为基础的传感器

Philip R. Miller; Shelby A. Skoog; Thayne L. Edwards; David R. Wheeler; Xiaoyin Xiao; Susan M. Brozik; Ronen Polsky; Roger J. Narayan

doi:10.3791/4067

方法文章

复透皮电化学传感的空心微针为基础的传感器

DOI：

10.3791/4067

⸱

2012年6月1日

Philip R. Miller¹^,² , Shelby A. Skoog¹ , Thayne L. Edwards² , David R. Wheeler² , Xiaoyin Xiao² , Susan M. Brozik² , Ronen Polsky² , Roger J. Narayan¹

¹Joint Department of Biomedical Engineering, University of North Carolina and North Carolina State University, ²Department of Biosensors and Nanomaterials, Sandia National Laboratories

本文内容

摘要

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本文详细介绍了建设一个复用微针为基础的传感器。该设备正在研制多种分析快速和选择性地在现场采样和电化学分析。我们设想，临床医学和生物医学研究，这些微针为基础的传感器使用。

摘要

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一种微创复为有关生物分子进行快速分析监测系统的发展，可以提供个人患有慢性疾病的简便评估其直接的生理状态。此外，它可以作为一个复杂的，多因素的医疗条件的分析研究工具。为了实现这样一个多分析传感器，它必须是微创，组织间液的采样必须出现无疼痛或伤害用户，并分析必须迅速以及选择性。

最初发达，无痛苦的给药微针已被用于提供疫苗和药物制剂（如胰岛素）通过皮肤^1-2由于这些设备访问的间隙，用微电极集成的微针可以作为透皮电化学传感器。选择性检测葡萄糖，谷氨酸，乳酸，Hydrogen过氧化氢和抗坏血酸已被证明使用碳纤维，修饰碳糊，铂金涂层的聚合物微针作为换能元件的集成微针电极的装置^。3-7,8

这个微针的传感器技术，使一个新的和先进的分析方法，在原位，同时检测多种分析物。复用提供了复杂的微环境监测，否则很难在一个快速，微创的方式来描述的可能性。例如，这项技术可以被利用外同步监测，血糖，乳酸和pH值^，9是重要的代谢疾病状态^7,10-14指标（如癌症扩散）和运动诱发性酸中毒^15。

方案

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1。微针的制备

使用三维造型软件SolidWorks（Dassault Systemes的SA，韦利济，法国），设计一个金字塔形的空心微针阵列（ 图^1）。3-5
为支持使用魔法的RP 13软件（Materialise的内华达州，比利时鲁汶）微针阵列结构设计。支撑结构，使树脂从设备在制造过程中流失，并提供了一个建立基地的微针。一个例子支持结构如图1所示。
链接的支持和微针阵列的文件上传到的Perfactory RP软件，格拉德贝克（EnvisionTEC有限责任公司，德国），它控制的制造工艺。在这个软件包中，选择要制作的微针阵列的数量，并确定设备制造板块的位置。
校准在紫外线模式运行180兆瓦的Perfactory迅速公关ototyping制造系统，并确认在能源偏差在±2兆瓦。
一旦制作完成，从底板的微针阵列，并在异丙醇发展为15分钟。干燥压缩空气阵列，并在室温下固化在Otoflash Postcuring系统，格拉德贝克（EnvisionTEC有限责任公司，德国）50秒的微针，以确保完全聚合。
验证通过显微镜微针的制作和验证，每个微针孔是空心的和通畅。完全捏造的微针是在图2所示。

2。碳糊电极阵列的制备

使用6....

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讨论

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基于这种微针传感器的设计的多个方面被认为是前设备制造。为了使用这种传感器，实时检测传感器的响应时间必须是低的，在这个协议中，每个测试传感器具有响应时间低于十五秒。其选择性体内环境，其中包含可以干扰与电极反应的电化学生物分子内也选择在本协议中使用的浆料。除了粘贴组成，经营潜力的选择，以尽量减少干扰电活性的影响。微针阵列的制造成功，需要选择一个合适的微针的设计和微针材料。这两个方面将决定是否微针可穿破皮肤，保护电极的物理伤害，并妨碍电极与组织接触。应当指出的是，外部的Ag / AgCl电极和Pt指ENCE和反电极，用于测量过程中，在体内使用本设备与人或动物的科目，需要在设备中，这些电极。

微针基于传感器的每个组件必须验证功能，以确保功能正常。（ 图3）扁平电缆的修改过程中的质量控制，确保绝缘层完全去除表面激光烧蚀后镀锡铜线（ 图3）。从表面激光消融后的铜线绝缘层的失败可能会导致不规则的反应，由于不完整的电气接触。激光烧蚀的聚酯薄膜胶带需要用显微镜检查，以确保每个开口的直径是一致的，因为它定义工作区的.......

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披露

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没有利益冲突的声明。

致谢

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桑迪亚是multiprogram的实验室桑迪亚公司是洛克希德 - 马丁公司，美国能源部下属的国家核安全管理局根据合同DE-AC04-94AL85000经营。作者们承认，资金由美国桑迪亚国家实验室的实验室指导研究和开发（LDRD）计划。

....

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材料

本文使用的材料清单
姓名	公司	目录编号
试剂名称	公司	目录编号
扁平电缆	莫仕	3302/10SF
0.003"侧双面胶带	聚酯薄膜
0.004"双面胶带	聚酯薄膜
乳酸氧化酶	西格玛	L0638
葡萄糖氧化酶	西格玛	G7141
铑碳	西格玛	206164
石墨粉末	西格玛	385031000
聚（亚胺）	阿库罗斯福冈	178570010
矿物油	西格玛	M5904
葡萄糖	西格玛	G8270
乳酸	西格玛	L1750
快速蓝RR盐	西格玛	F0500
E-壳牌300	EnvisionTEC
E-壳牌200	EnvisionTEC
银/氯化银参比电极	巴斯	MF-2052
铂丝	巴斯
PGSTAT12 AutolabPotentiostat	EcoChemie
perfactory反相	EnvisionTEC
ottoflash Postcuring系统	EnvisionTEC
磷酸	费舍尔	A366-4
60W型号6.75 CO _2的光栅/矢量激光系统	UNIVERSAL激光系统	PLS6.75
CorelDraw中	Corel公司
Solidworks的	Dassault Systemes的	2009
魔法RP13	Materialise的

参考文献

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Henry, S., McAllister, D. V., Allen, M. G., Prausnitz, M. R. Microfabricated microneedles: a novel approach to transdermal drug delivery. J. Pharm. Sci. 87, 922-925 (1998).
Prausnitz, M. R. Microneedles for transdermal drug delivery. Adv. Drug Deliv. Rev. 56,....

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