本文介绍了制造和表征一种可延展、类皮肤电子系统的方法，以及将其用于临床应用（特别是皮肤伤口管理）的操作规程。
本文介绍了制造和表征一种可延展、类皮肤电子系统的方法，以及将其用于临床应用（特别是皮肤伤口管理）的操作规程。
电子技术和生物医学设备的最新进展为皮肤表面的无创、定量评估皮肤伤口愈合提供了可能。然而，现有的方法仍然依赖于通过各种显微工具和设备进行的视觉检查，这些工具和设备通常包含高成本、复杂的系统，并需要经过专业培训的人员进行操作和数据分析。本文介绍了一种可贴合于伤口附近皮肤表面的、类似皮肤的柔性电子系统的制备方法与实验方案，该系统能够记录高保真的电信号，如皮肤温度和热导率。器件制备方法详细描述了微电子系统的逐步制备过程，整个系统完全由弹性硅胶材料封装，以实现电气隔离。实验研究表明，该器件具备多功能、生物相容性、防水、可重复使用以及柔韧/可拉伸等特性，适用于临床应用。临床测试方案概述了在患者皮肤伤口及对侧组织上轻柔安装此类类皮肤电子设备后的清洁、测试设置、系统操作和数据采集的顺序流程。
在临床研究和生物医学研究中，伤口愈合的监测主要依赖于一种侵入性方法，该方法基于对伤口组织形态学变化的组织学评估1,2。近年来，电子技术的快速发展推动了高精度成像与分析工具的开发，这些工具可通过数字成像3,4或共聚焦扫描显微镜与光谱技术4,5对伤口愈合过程进行可视化检测。然而，这些成像方法成本高昂，需要复杂的光学设备和操作流程，更重要的是，患者在检测过程中必须保持静止。因此，亟需开发出新型的定量、非侵入性、操作简便、成本低廉且多功能的设备与系统，以实现更精确的伤口管理。
本文介绍了一种类皮肤电子系统，该系统可通过设备的非侵入性共形贴合，精确、实时地映射温度和热导率，并在伤口部位提供精确水平的加热。该设备代表了一类被称为表皮可穿戴电子系统的技术，其设计旨在匹配表皮的力学和材料特性（总厚度、弯曲刚度、有效模量和质量密度）6-9。
该设备采用生物相容、对皮肤友好、防水且可重复使用的设计，可进行清洗和消毒，适用于患者的临床应用10。贴附于伤口组织附近的柔性电子设备可通过定量记录温度8和与水合状态相关的热导率13，捕捉由血流增加和伤口处酶促反应引起的炎症阶段（伤口愈合过程中的一个阶段）11,12。实验与计算研究确定了最优的力学设计，能够在不发生机械断裂的前提下....
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图 1、2 和 4 中所示的器件制备、皮肤贴合与表征实验涉及两名志愿者，所有实验均在美国弗吉尼亚州里士满市弗吉尼亚联邦大学（VCU）的生物界面纳米工程实验室完成。本研究已获得弗吉尼亚联邦大学机构审查委员会批准（协议编号：HM20001454），并遵循弗吉尼亚联邦大学人类研究的相关研究指南。图 3 和 5 中所示的器件与临床数据来自已发表的文章10，其中针对患者的实验是在美国伊利诺伊州芝加哥市西北大学机构审查委员会批准的协议（编号：STU69718）下进行的。
1. 器件制备
注意：图2展示了整体制造过程的示意图。
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图1展示了专为患者皮肤伤口定量管理而设计的共形类肤电子系统的特性概览。该多功能电子器件由微尺度分形结构3,14和细丝状蛇形迹线9,17组成，集成于一层薄的弹性体膜上，具有优异的机械拉伸性和弯曲性。整个器件被硅胶层完全包封，仅通过范德华力即可实现与皮肤的温和、可逆贴合。该器件的独特特性包括生物相容性、防水性、使用便捷性以及适用于真实临床环境的机械柔韧性。
将聚合物与金属（如硅胶、聚酰亚胺和铜）等杂化材料结合，可制备出电学安全、防水且具有生物相容性的器件（图2A）。在封装的聚酰亚胺（PI，厚度为1.2 µm）层之间，将分形结构的铜（Cu）电阻器阵列（宽度35 µm，厚度3 µm）置于中性机械面上，以在临床应用中最小化对核心材料（Cu）施加的弯曲应变。
通过实现极高的弯曲性，该器件在硅胶膜上的总厚度仅为约 600 µm。图 2B 中的示意图描述了类皮肤电子系统的微加工过程。该制造方法结合了.......
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本文重点介绍了制备一种可延展、类皮肤电子系统的方法与实验方案，该系统可紧贴伤口周围组织进行共形贴合，实现对皮肤温度的定量测量以及皮肤热导率的映射分析。
其主要特点包括采用新型材料转移印刷技术和硬-软材料集成方法，用于设计和开发柔性/可拉伸的软体电子器件。通过使用生物相容且电学安全的硅胶层完全封装器件，首次实现了该类电子器件在临床实际环境中的应用，即用于患者的皮肤伤口管理。
在器件制备的方案中，以下步骤对于提高制备产率至关重要。对器件中的金属层（Cu）进行湿法化学刻蚀时，必须严格控制时间，因为铜的刻蚀速率比其他金属更快。铜过度刻蚀的主要缺点是会改变器件的总电阻，这将需要对数据采集系统的设备参数进行额外的优化和调整。需要注意的是，在从承载用聚二甲基硅氧烷（PDMS）上回收分离后的电子器件时，应使用多层水溶性胶带，以避免发生断裂。在用水溶性胶带完成电子器件的转移印刷后，使用去离子水多次冲洗以彻底清除可溶性材料（聚乙烯醇）的残留物，这一步骤极为重要。在将导线电缆与器件键合的过程中，必须格外小心，因为器件位于高度柔性和可弯曲的材料（低模.......
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作者声明不存在任何竞争性经济利益。
本工作得到了弗吉尼亚联邦大学工程学院启动资金的支持，部分电子器件在赖特弗吉尼亚微电子中心的微加工设施中制备。我们感谢研究人员为设备和临床数据（本文中的图3和图5）所做出的贡献，这些数据来自已发表的文章10。W.-H.Y 感谢 Yoshiaki Hattori 提供的定制数据记录软件。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 3" 硅片 | University Wafer, USA | 用作制造器件的载体 | |
| 丙酮 | Fisher Scientific, USA | A18-1 | 用于清洗硅片以及去除光刻胶 |
| 异丙醇（IPA） | Fisher Scientific, USA | A459-1 | 用于清洗硅片 |
| AZ4620 光刻胶 | AZ Electrionic Materials, USA | 用于在金属和聚合物上制作图形 | |
| AZ400K 显影液 | AZ Electrionic Materials, USA | 用于显影 AZ4620 光刻胶 | |
| 铬蚀刻液 | Transene, USA | 1020AC | 用于蚀刻器件中的 Cr 层 |
| 铜蚀刻液 | Transene, USA | ASP-100 | 用于蚀刻器件中的 Cu 层 |
| Sylgard 184 硅橡胶弹性体套件（PDMS） | Dow Corning, USA | 39100000 | 用作“干法”转移的基底 |
| PI2545 聚酰亚胺 | HD MicroSystem, USA | 用于封装金属层 | |
| Solaris | Smooth-On, USA | 用作基底并用于封装器件 | |
| 培养皿 | Carolina, USA | 741255 | 用作制作基底的模具 |
| 水溶性波峰焊胶带 5414 | 3M, USA | AM000000217 | 用于从 PDMS 层上转移器件 |
| 高活性液体不锈钢助焊剂 | Worthington, USA | 331929 | 用于去除 Cu 表面的氧化层 |
| 柔性微薄膜电缆 | Elform, USA | 用于实现电子器件与数据采集系统之间的电连接 | |
| pH 中性清洁剂 | Australian Gold, USA | 在临床测试中用作消毒液以清洁器件 | |
| 焊料 | Kester, USA | 24-6337-9703 | 用作焊接硬质导线的材料 |
| 紫外灯 | Cole-Parmer, USA | 97600-00 | 用于激活 PDMS 层，使其表面具有亲水性 |
| 多路复用器 | FixYourBoard, USA | U802 | 用于从六个传感元件获取测量信号 |
| 直流/交流电流源 | Keithley, USA | 6221 | 用于提供电流 |
| SMD 数字热风返修台 | Aoyue, China | 968A+ | 用于焊接硬质导线，实现器件与外部仪器之间的电连接 |
| 红外相机 | FLIR, USA | 435-0001-01-00 | 用于实验中采集红外图像 |
| 数字万用表 | Fluke, USA | 117 | 用于检测电路连接情况 |
| 锁相放大器 | Stanford Research System, USA | SR830 | 用于执行四探针测量 |
| 电子束蒸发仪 | 9 scale Vacuum Products, USA | 用于沉积薄膜（Cu 和 SiO2） |
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