Summary
Metoden fabrikasjon for fine interdigitated elektroder (gap og bredde: 20 µm) på spissen av en sprøyte nål (diameter: 720 µm) er vist med en spray belegg og fleksibel film photomask i klima og jordsmonn prosessen.
Abstract
Vi har innført en fabrikasjon metode for elektriske impedans spektroskopi (EIS) - på - en-p (EoN: EIS-på-en-p) å finne målet vev i kroppen ved å måle og analysere forskjeller i elektriske impedansen mellom ulike biotissues. Dette dokumentet beskriver metoden fabrikasjon av fine interdigitated elektroder (IDE) på spissen av en sprøyte nål bruker photoresist spray belegg og fleksibel film photomask i klima og jordsmonn prosessen. En polyetylen terephthalate (PET) varme krympe rør (HST) med en veggtykkelse på 25 µm er ansatt som isolasjon og passivation laget. PET HST viser en høyere mekanisk holdbarhet sammenlignet med poly(p-xylylene) polymerer, som har vært mye brukt som et dielektrisk belegg. Videre viser HST god Bestandighet mot de fleste syrer og baser, som er en fordel for å begrense kjemisk skade på EoN. Bruk av EoN er spesielt foretrukket for karakterisering av kjemikalier/biologisk materiale eller fabrikasjon bruker Sure/basic kjemikalier. Fabrikkert gap og bredden på IDEs er så små som 20 µm totale bredden og lengden på IDEs er 400 µm og 860 µm, henholdsvis. Fabrikasjon fra spissen (avstanden mellom spissen av sprøyte nål og startpunktet for IDEs) sprøyte nålen er så liten som 680 µm, som indikerer at unødvendig overdreven invasjonen i biotissues kan unngås under den elektrisk impedans mål. EoN har stort potensial for klinisk bruk, som for skjoldbrusk biopsier og anestesi narkotika-leveranser i spinal plass. Videre, selv i kirurgi som involverer den delvis fjerning av svulster, EoN kan brukes til å beholde mye normalt vev som mulig ved å registrere kirurgisk margin (normalt vev som er fjernet med det inngrep forbrukeravgift av en svulst) mellom normal og lesjonen vev.
Introduction
Sprøyte nåler er mye benyttet i sykehus for biopsier og narkotika-leveranser fordi de er billig og enkel å bruke. De har også gode mekaniske egenskaper til tross for deres tynne diameter og en skarpe struktur egnet for invasjon. Under en biopsi samples målet vev i hule sprøyte nål ultrasonography veiledning1. Selv om ultrasonography uten stråling, trygt for fostre og gravide kvinner, og tilbyr sanntid imaging, er det vanskelig å se organer som er dypt inne i kroppen, spesielt i tilfellet overvektige pasienter fordi ultrasoniske bølger ikke kan trenge gjennom luften eller fettvev2. I tillegg en kirurg kan ikke hente dybde informasjon fra den todimensjonal ultrasonography som er konvensjonelt benyttet i de fleste sykehus, noe som resulterer i behov for flere biopsier hvis leger mangel ferdigheter eller erfaring. I narkotika-leveranser for spinal anestesi bestemmer leger at nålen har nådd spinal plass hvis spinalvæske (CSF) flyter bakover i sprøyten stund nøye setter inn nålen inn pasientens baksiden. Etter å ha bekreftet til refluks av CSF, injiseres anestesi stoffet i spinal plass3. Imidlertid risikerer leger gjennomtrengende eller kutte av nerve fiber i spinal plass, forårsaker alvorlig smerte for pasienter og selv paraplegia4,5. Denne fremgangsmåten krever dermed også en dyktig lege. En løsning å overvinne og redusere nevnte vanskelighetene er å legge til en navigasjonsfunksjon sprøyte nål slik at objektiv informasjon på nålens posisjon. Denne ville hjelpe lege lett utføre en biopsi, narkotika-leveranser og enda en operasjon uten å stole på deres empirisk dom bare.
For å lokalisere elektrisk målet vev i kroppen, en sprøyte nål omfatter en elektrisk impedans spektroskopi blitt (EIS) sensor innført som EIS-på-en-p (EoN)6. EIS sensoren er benyttet i feltet for biomedical engineering for applikasjoner som DNA oppdagelse7,8,9, bakterier/virus oppdagelsen10,11,12 , og analyse på celler/vev13,14,15,16,17,18,19,20 , 21 , 22. den EoN kan skille mellom ulike materialer i en frekvens domene basert på elektrisk ledningsevne og permittivity. Diskriminering evnen til EoN ble bekreftet av forskjellig konsentrasjon vanskelighetsgrad fosfat bufret saltvann (PBS)23, svin fett/muskel vev6,23og engang menneskelig nyre normal/kreft vev24 ,25. Denne funksjonen i EoN forventes å betydelig øke biopsi nøyaktigheten ved å finne målet vev basert på forskjellen i elektriske impedans målet lesjon vev og de nærliggende normalt vev. På en lignende måte, undersøker forskjellene i elektriske impedansen mellom injeksjonsbruk plass (spinal eller epidural plass) og omkringliggende vev kan hjelpe leger levere en bedøvelse stoff på nøyaktig målplasseringen. Videre kan til EoN benyttes for å stimulere elektrisk hjernen/muskel så vel som for å finne en optimal kirurgisk margin under operasjoner som involverer den delvis fjerning av en svulst, som delvis nephrectomy, å beholde mye normalt vev som mulig.
En av de største utfordringene i realiseringen av EoN er fabrikasjon av elektrodene på buede overflaten av en sprøyte nål har en liten radius av forskjellig type. Direkte metall mønstre bruker en konvensjonell klima og jordsmonn har vært ansett som upassende for fabrikasjon av mikrostørrelse elektrodene på en buet substrat med en diameter på flere millimeter eller mindre. Så langt, ulike metoder, inkludert conformal utskrift26, fleksibel tørr film photoresist27, microfluidic metoden28, nanoimprint litografi29og underlaget-roterende litografi30, er introdusert for å dikte metal/polymer mønstre på en buet overflate. Men er det fortsatt begrensninger EoN krav, som ønsket substratet med en diameter på mindre enn 1 mm, totalt elektrode lengden på 20 mm eller mer, bredde og avstand på elektrodene i titalls mikrometer, og høyt volum produksjon.
Studien, er direkte metall mønstre ved hjelp av photoresist spray belegg og en fleksibel film photomask foreslått å realisere mikrostørrelse elektrodene på buede overflaten av en sprøyte nål. Diameteren på nålen er så liten som 720 µm (22-gauge), som er mye brukt for biopsier og narkotika-leveranser i sykehus. Produksjonsytelse i metoden foreslått fabrikasjon også evalueres for å fastslå mulighetene for bulk produksjon til en rimelig pris.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. elektrisk isolasjon av sprøyte nål
Merk: En gjennomsiktig varme krympe tube (HST) er ansatt elektrisk isolasjon av en sprøyte nål 720 µm i diameter og 32 mm i lengde. HST er laget av polyetylentereftalat (PET), som viser god kjemisk motstand mot de fleste syrer og baser, utmerket mekanisk holdbarhet og biocompatibility. Første indre diameter eller tykkelse av HST er 840 µm og 25 µm, henholdsvis. Diameteren på HST tendens til å være redusert med mer enn 50% ved en temperatur på 100 ° C, med enda større reduksjon ved høyere temperaturer opp til 190 ° C. Merk at PET HST et herdeplast materiale som har egenskapen bli permanent hard og stiv når kurert. Størrelsen på sprøyte nål og krympe røret kan justeres avhengig av forskning formål og programmer. Generelle fabrikasjon prosessen summeres grafisk i figur 1.
- Kuttet HST til en lengde på 3 cm. Juster lengden på røret avhengig av penetrasjon dybden av sprøyte nål.
- Sprøyte nålen inn kuttet HST.
- Krympe røret ved hjelp av en varmepistol ved en temperatur på 150 ° C, som er angitt for å forhindre uønskede ekstra sammentrekning når dehydrering utføres på 105 ° C i renseprosessen (i trinn 1.6).
- Skille sprøyte nålen fra sin hub.
- Rengjør sprøyte nålen isolert av HST i et deionisert (DI) vannbad (20 ° C) med ultralyd agitering på 30 kHz og 350 W makt.
- Tørke sprøyte nålen isolert av HST på en kokeplate ved 105 ° C i 10 min.
2. Au deponering bruker Sputtering
Merk: I denne studien sputtering prosessen som finnes brukes til å sette inn en Au lag for elektroder, selv om en e-beam fordampning prosess kan være en alternativ metode. Det er bekreftet at temperaturen stige indusert i sputtering prosessen sjelden forårsaker ytterligere krymping av HST. Imidlertid kan en prosess som fortsetter i flere minutter varme HST over første krymping temperaturen. Dette kan forårsake ekstra krymping av HST, resulterer i en økning i fabrikasjon marg fra spissen.
- Ordne de renset sprøyte nålene isolert av HST ved siden av et glass lysbilde med dobbeltsidig tape for Cr/Au deponering.
-
Bruk sputtering, innskudd Cr/Au på de renset sprøyte nålene isolert av HST.
Merk: I dette tilfellet tykkelser på Cr og Au var 10 nm og 100 nm, henholdsvis (Cr ble brukt for vedheft laget mellom HST og Au-laget).- Ordne så mange nåler som mulig for å redusere kostnader og produksjon produksjonstid. Bruk sputtering betingelsene nedenfor til innskudd 10 nm Cr og 100 nm Au.
- Cr sputtering, angi Cr målet diameter: 4 tommer, RF power: 300 W, argon Press: 5 mTorr, og lukker åpne tid: 20 s (10 nm).
- Au sputtering, bruke Au målet diameter: 4 tommer, likestrøm: 300 W, argon Press: 10 mTorr, og lukker åpne gang: 80 s (100 nm).
3. spray belegg
Merk: En lav viskositet (14 cp) photoresist brukes i spray belegg prosessen for å øke spray effektivitet. Photoresist kan være lett belagt på Au-freste p bare når nålen er oppvarmet.
- Fikse en av Au-freste sprøyte nåler på et glass lysbilde med dobbeltsidig tape.
- Stedet skyve glass på en chuck spray coater som varmes på 100 ° C. Vente 2-3 minutter til nålen er tilstrekkelig oppvarmet.
- Spray photoresist på Au-freste nålen mens oppvarming pinnen på 100 ° C. Utføre spray belegg prosessen med følgende. Angi munnstykke diameter: 400 µm, munnstykke flytte hastighet: 70 mm/s, spray Press: 500 kPa og avstanden mellom chuck og munnstykke: 13,5 cm.
- Etter spray belegg er ferdig, la av objektglass på chuck ved 100 ° C i 3 minutter å utføre en myk bakeprosessen.
- Inspisere resultatet med et mikroskop satt til 100 X forstørrelse til å bestemme om photoresist er jevnt belagt på Au-freste pinne.
4. UV eksponering og utvikling
Merk: vanligvis før UV eksponering, en fleksibel film photomask er festet til en flat gjennomsiktig plate å fjerne luft gapet mellom photomask og prøve å bli eksponert for UV-lyset. Men i denne studien brukes photomask uten flatt gjennomsiktig plate for å realisere direkte metall mønstre på buede overflaten av sprøyte nål. Photomask kan conformably bøyd langs kurven av sprøyte nålen å oppnå best mønstre oppløsning mulig med kontakt aligner. Bøying lar den fleksible photomask å holde kontakt området mellom photomask og buede overflaten av sprøyte nålen så stor som mulig. Ta en våt etsing prosessen (ikke en lift-off prosess) for metall mønstre i betraktning, er bruk av en positiv photoresist mer fordelaktig enn bruk av en negativ photoresist. Dette er fordi hele området unntatt elektrode mønsteret er gjennomsiktig, og dermed gi et bredt synsfelt for å lett justere elektrode mønsteret midt på nålen.
-
For å minimere kile feil, sakte løfte en fritt bevegelige prøve å holde plate til det fullt kontakter fast photomask å holde platen. Deretter fastsette prøve å holde platen med en pneumatisk pumpe.
- Utføre denne prosessen å muligens unngå uønskede mønstre, som kan være av spredning av UV-lys luft gapet, og skyldes ufullstendig kontakten mellom samplingsfrekvens og photomask.
Merk: I tillegg minimering av kile feil sikrer at photoresist-belagt sprøyte nålen ikke beveger seg når den kontaktene en film photomask i neste justering trinn selv om kontakt overflaten av sprøyte nålen har en rund form.
- Utføre denne prosessen å muligens unngå uønskede mønstre, som kan være av spredning av UV-lys luft gapet, og skyldes ufullstendig kontakten mellom samplingsfrekvens og photomask.
- Plass photoresist-belagt sprøyte nålen på prøve å holde platen av aligner.
-
Justere bildet av photoresist-belagt sprøyte nål med justeringsmønsteret av filmen photomask.
Merk: I dette tilfellet justeringsmønsteret av filmen photomask var utformet som to parallelle linjer i en avstand på 800 µm, vurderer tykkelsen av HST og belagt photoresist.- Justere to grensen av bildet med to parallellføring photomask (figur 1e); Dermed kan photoresist-belagt sprøyte nålen plasseres i midten av to parallellføring linjer, med feil justering på 10 µm eller mindre.
- Overvåke justeringen prosessen i sanntid via du skjermalternativer koblet til gratis - sammen enhet (CCD) kameraet og mikroskop.
- Få photoresist-belagt sprøyte nålen i kontakt med den faste fleksible photomask ved sakte løfte nålen mot photomask.
- Utføre UV eksponering for 30 s (UV intensitet: 15 mJ/cm2) og følge dette ved 3 min utvikling prosessen.
- Skyll utvikleren av prøven med DI vann.
- Inspisere resultatet gjennom mikroskop satt til 200 X forstørrelse til å bestemme om photoresist er tydelig inspirert Au-freste sprøyte nålen. Den synlige photoresist ikke fjernes perfekt etter utviklende prosessen, gjenta utvikle prosessen med 30 s mellomrom.
5. Cr/Au våt etsning
FORSIKTIG: Unngå hud/øye kontakt med Cr og Au våt etsematerialer.
- Bruk en tweezer koble prøven (photoresist-mønstret sprøyte nål) fast på av objektglass.
- Dyppe prøven i Au våt etsematerialer for 1 min.
- Skyll Au etsematerialer av prøven med DI vann.
- Inspisere resultatet gjennom mikroskop satt til 200 X forstørrelse. Hvis gull å bli fjernet fortsatt gjenstår, gjenta den våte etsing prosessen med 10 s mellomrom. Overdrevent lang våt etsing tid gjør interdigitated elektroden (IDE) tynnere.
- Dyppe prøven i Cr etsematerialer for 30 s.
- Skyll Cr etsematerialer av prøven med DI vann.
6. fjerning av rester Photoresist og Passivation
- Dyppe prøven (metall-mønstret sprøyte nål) i en aceton løsning for 1 min.
- Skyll prøven med DI vann og tørke det på en varm plate på 105 ° C i 10 min.
- For elektrisk passivation tilkobling linjer, kuttet krympe røret slik at det er 2-3 mm lengre enn elektroden (20 mm, maksimal dybde å trenge), som vist i figur 2, fordi lengden på HST reduseres etter HST krymper.
- Etter posisjonering HST så langt som mulig fra slutten av IDE, heve temperaturen i HST bruker varmepistol på 150 ° C til tett passivate nålen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Interdigitated elektrodene (IDE), som vist i figur 2, føre til et større effektiv sensing område på en begrenset overflate sammenlignet med andre figurer av elektroder. Den totale lengden på IDEs er designet for å være 860 µm oppdage og analysere endres impedans på mindre enn 1 mm intervaller i biotissues, som gir en høy å finne nøyaktighet biopsi og stoffet levering prosedyrer. Totalt er IDEs 400 µm, slik som en geometrisk mulig dimensjon på buede overflaten av sprøyte nålen når bruke foreslåtte klima og jordsmonn. Både gap og bredden på IDEs er så små som 20 µm, som er nær minimum dimensjonene av en kommersielt tilgjengelig filmen photomask. Den maksimale gjennomtrenging dyp på EoN inn biotissues er designet for å være 20 mm, vurderer skjoldbrusk/prostata biopsier og spinal anestesi. Den totale lengden på EoN kan justeres avhengig av programmet.
Som vist i Figur 3, IDEs vellykket fremstille på spissen av sprøyte nålen med en diameter på 720 µm. Overdose under UV litografi var nødvendig å kompensere for UV dose ubalansen som oppstår fra imperfektum kontakt mellom ytre del av photomask og buede overflaten av sprøyte nål. Dette vil øke gapet og redusere bredden på IDEs ved en positiv photoresist. For å løse de negative effekt dimensjonale endringene, var bredden og gapet bevisst utformet for å være 25 µm og 15 µm på photomask, henholdsvis. Dermed kan både bredden og gapet IDEs være vellykket fabrikkert skal 20 µm ved å optimalisere UV eksponeringstid. Fabrikasjon marginen fra spissen av sprøyte nålen er så liten som 680 µm, som vil unngå unødvendig overdreven invasjonen i biotissues under elektrisk impedans målingen. En PET HST var ansatt elektrisk isolasjon laget for både IDEs og tilkobling linjene, og også elektrisk passivation laget for tilkobling linjene. Funksjonene HST lav elektrisk ledningsevne/permittivity, holdbar mekaniske egenskaper sammenlignet en poly(p-xylylene) polymer belegg, kjemisk motstand mot de fleste syrer og baser og biocompatibility.
I form av mekaniske holdbarhet, enhetsfeil (for eksempel den isolasjon laget, passivation lag eller elektroder peeling av) ble ikke observert selv etter gjennomtrengning i biotissues mer enn 100 ganger, mens en poly(p-xylylene) polymer med en vegg tykkelse på 1,5 µm ikke tåle gjennomtrengning i svin vev mer enn 20 ganger. Dette indikerer at PET HST viste sterke vedheft med freste elektroder samt høy holdbarhet for kliniske studier. Videre viser HST god Bestandighet mot de fleste syrer og baser, som muliggjør EoN å oppdage elektrisk egenskapene til ulike typer kjemikalier eller biologisk materiale og holder HST holdbare under elektrokjemiske deponering av Au elektroder bruker sur løsning (H2SO4). I elektrokjemiske deponering prosessen, Au elektrode laget til å vokse i fraktal strukturer, som gir effektiv området sensing elektrodene til en betydelig økning på begrenset areal på nålen å oppnå en høyere følsomhet.
Evaluere diskriminering evnen til EoN og dybden profilering evnen i biotissue, ulike konsentrasjon PBS og fire lag svin vev ble ansatt, henholdsvis23. Impedans analysatoren var tilkoblet EoN og en bærbar PC, som vist i Figur 4. For å gjennomføre dybde profilering inn i fire lag svin vevet, var EoN festet til høyde kontrolleren, med en oppløsning på 10 µm. Ulike konsentrasjon nivåer av PBS var forberedt 1 x, 0.5 x 0,25 x, 0.125 x og 0.0625 x, ved å fortynne serier 1 x PBS med DI vann. Lengden på IDEs og tilkobling linjene som brukes i eksperimentet var 300 µm og 28 mm, henholdsvis. Som vist i figur 5a, kan EoN vellykket diskriminere ulike konsentrasjon nivåer av PBS. Fordi 1 x PBS ble utvannet serielt med DI vann, elektrisk ledningsevne utvannet PBS redusert på grunn av svært liten ledningsevne DI vann. Dermed omfanget av impedans økt som konsentrasjon PBS redusert. Basert på diskriminering evnen til EoN, ble dybde profilering av fire lag svin vev gjennomført på frekvensen av 1 MHz, som ble besluttet den optimale hyppigheten i vår tidligere forskning. EoN ble satt inn i fire lag svin vevet i intervaller på 1 mm. Som vist i figur 5b, var omfanget av impedans målt fra fettvev tydelig diskriminert enn muskelvev, ifølge penetrasjon dybde på EoN.
Figur 1: skjematisk av generelle EIS-på-en-p (EoN) fabrikasjon prosessen. (A) forberedelse av sprøyte nål, (B) elektrisk isolasjon av sprøyte nål med varme krympe tube (HST, veggtykkelse: 25 µm), (C) Cr/Au deponering sputtering eller fordamperen, (D) Spray belegg av photoresist (positiv type), (E) justering prosessen med filmen photomask og photoresist-belagt sprøyte nål etterfulgt av UV-stråling. Film-photomask inkluderer interdigitated elektroder (IDE) og justering linje, (F) utviklingsprosessen, (G) Cr/Au våt etsing, (H) fjerne gjenværende photoresist med aceton, og (I) Passivation på tilkobling linjer med HST. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: detaljert strukturelle skjematisk av EoN. Form av sensing elektrodene laget som fine interdigitated elektrodene for å sikre en større effektiv sensing område på begrenset overflaten av sprøyte nål. En PET varme krympe tube (HST) ble brukt som elektrisk isolasjon laget for både interdigitated elektrodene (IDE) og tilkobling linjene, og ble også brukt som elektrisk passivation laget for tilkobling linjene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: mikroskopiske bilder av den ble fabrikkert EoN. Både bredde og avstand på IDEs er så lite som 20 µm. Totale lengden og bredden av interdigitated elektrodene (IDE) er 860 µm og 400 µm, henholdsvis. Fabrikasjon fra spissen er så liten som 680 µm. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: bilder av eksperimentelle oppsett. For å evaluere diskriminering evnen til EoN og dybden profilering evnen i biotissue, ble ulike konsentrasjon nivåer av PBS og fire lag svin vev ansatt, henholdsvis. For å gjennomføre dybde profilering inn i fire lag svin vevet, ble EoN løst på høyden kontrolleren med en oppløsning på 10 µm. Ulike konsentrasjon nivåer av PBS var forberedt 1 x, 0.5 x 0,25 x, 0.125 x og 0.0625 x, ved å fortynne serier 1 x PBS med deionisert (DI) vann. (en) generelt oppsett, (b) EoN midt i PBS, og (c) fire lag svin vev. Dette tallet er endret fra tidligere publisert studie23. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5: eksperimentelle resultater med PBS og fire lag svin vev. Evaluering av diskriminering evnen til EoN bruker (en) ulike konsentrasjon nivåer av PBS og (b) fire lag svin vev. Fordi 1 x PBS ble utvannet serielt med DI vann, elektrisk ledningsevne utvannet PBS redusert med økt fortynning på grunn av lav ledningsevne DI vann. Dermed omfanget av impedans økt som konsentrasjon PBS redusert. Dybde profilering av svin vev ble gjennomført på frekvensen av 1 MHz, som var bestemt på å være den optimale hyppigheten i våre tidligere studie23. Omfanget av impedans målt fra fettvev var tydelig diskriminert fra av muskel vev etter penetrasjon dybde på EoN. F1, F2, M1 og M2 representerer fat1, fat2, muscle1 og muscle2 som vist i Figur 4 (c), henholdsvis. Dette tallet er endret fra tidligere publisert studie23. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 6: skjematisk av en skygge maske å sette metall elektroder for bulk produksjon. Skygge masken kan gjøres ved hjelp av en 3D-skriver med god oppløsning. Skygge masken kan fysisk blokkere området der metall deponering er uønsket i løpet av en fysisk deponering prosessen som sputtering og/eller fordampning. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi viste at klima og jordsmonn spray belegg og en film photomask er en mulig å dikte fin ide på buede overflaten av en sprøyte nål med liten diameter mindre enn 1 mm. Både bredden og gapet IDEs er så lite som 20 µm og fabrikasjon fra spissen er så liten som 680 µm. I protokollen er justering prosessen, inkludert kile fjerning, et kritisk punkt. Produksjonsytelse var over 90% når EoN ble produsert individuelt gjennom en grundig justering. Dette angir at foreslåtte fabrikasjon metoden har potensial til å utvikles for bulk produksjon til en rimelig pris.
Diskriminering evnen til EoN er bekreftet tidligere for PBS, svin fett/muskel vev og selv menneskelig nyre vev6,23,24. En klinisk anvendelse er kirurgi som involverer den delvis fjerning av svulster å beholde mye normalt vev som mulig ved å registrere kirurgisk margen mellom normal og lesjon vev25. Videre forventes EoN som skal benyttes i andre kliniske applikasjoner som skjoldbrusk/prostata biopsier og anestesi narkotika-leveranser i løpet spinal.
Selv om bredde og avstand på IDEs ble laget for å være 20 µm studien, kan de bli redusert til 10 µm når oppløsningen for utskriftsvennlig film photomasks øker. En annen måte å redusere størrelsen på gap og bredden på IDEs er å overføre mindre mønstre av en chrome maske til en fleksibel film bruke klima og jordsmonn. I mellomtiden reduseres tykkelsen på veggen HST fra 25 µm til en mindre størrelse som er kommersielt tilgjengelig. En mindre HST med en veggtykkelse på 6 µm ble eksperimentelt verifisert brukes til elektrisk isolasjon og passivation laget med samme fabrikasjon prosessen. Dette vil forenkle innsetting eksperimenter i dyr vev og selv redusere smerten av pasienter i klinisk bruk.
Metoden fabrikasjon bruke klima og jordsmonn kan utvikles for bulk produksjon med en høy kapasitet til en rimelig pris ved å arrangere mange sprøyte nåler sammen og ved å utforme en photomask matrise. En annen mulig metode for bulk produksjon er å bruke en rekke skygge maske former laget av en 3D-skriver med høy oppløsning som vist i figur 6. Skygge masken kan fysisk blokkere området der metall deponering er uønsket i løpet av en fysisk deponering prosessen som sputtering og/eller fordampning. CR/Au avsatt på skyggen masken kan fjernes lett med Cr/Au våt etsematerialer for gjenbruk av skyggen masken. Forventet begrensningene tas er som følger: 1) en 3D-skriver med høy oppløsning kreves 2) materialer i 3D skriveren skal kjemisk tåler Cr/Au våt etsematerialer for gjenbruk av skyggen masken og 3) materialer i 3D skrive ut eh bør ikke deformere ved temperaturer over 150 ° C som kan bli indusert under sputtering prosessen. Studien neste plan er å utvikle metoden bulk produksjon til en rimelig pris og kontrollere anvendelsen av EoN rygg anestesi og skjoldbruskkjertelen/prostata biopsier.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne ikke avsløre.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av "Biomedisinsk integrert teknologiforskning" prosjektet gjennom et stipend gitt av GIST i 2017.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Heat shrink tube | VENTION MEDICAL, Inc. | 103-0655 | |
| Hypodermic needle (22G) | HWAJIN MEDICAL co. ltd | - | http://www.hwajinmedical.com |
| Heat gun | Weller | WHA600 | http://www.weller-tools.com/en/Home.html |
| Ultrasonic cleaner | HWASHIN INSTRUMENT CO, LTD. | POWERSONIC 620- | http://www.hwashin.net |
| Hotplate | AS ONE Corporation | 006560 | |
| Sputtering | A-Tech System. Ltd. | ATS/SPT/0208F | http://www.atechsystem.co.kr |
| Glass slide | Paul Marienfeld GmbH & Co. KG | 1000412 | |
| Spray coater | LITHOTEK | LSC-200 | |
| Photoresist | AZ electronic materials | GXR 601 | http://www.merck-performance-materials.com/en/index.html |
| Developer (solution) | AZ electronic materials | MIF 300 | http://www.merck-performance-materials.com/en/index.html |
| Aligner | MIDAS SYSTEM CO.,Ltd. | MDA-400M | http://www.midas-system.com |
| Microscope | NIKON Corporation | L200 | http://www.nikonmetrology.com |
| Au wet etchant | TRANSENE COMPANY, Inc. | Au etchant type TFA | http://transene.com |
| Cr wet etchant | KMG Electronic. Chemicals, Inc. | CR-7 | http://kmgchemicals.com |
| Au target | Thin films and Fine Materials | - | http://www.thifine.co.kr |
| Cr target | Thin films and Fine Materials | - | http://www.thifine.co.kr |
| Argon gas (99.999%) | SINIL Gas Co.Ltd | - | http://www.sigas.kr |
| Acetone solution | OCI Company Ltd | - | http://www.ocicorp.co.kr/company/index.asp |
| Impedance analyzer | Gamry Instruments Inc | Reference 600 | https://www.gamry.com |
| Height Controller | Mitutoyo Corporation | 192-613 | |
| Phosphate buffered saline | Life Technologies Corporation | 10010023 |
References
- Knappe, M., Louw, M., Gregor, R. T. Ultrasonography-guided fine-needle aspiration for the assessment of cervical metastases. Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 126 (9), 1091-1096 (2000).
- Paladini, D. Sonography in obese and overweight pregnant women: clinical, medicolegal and technical issues. Ultrasound Obstet Gynecol. 33 (6), 720-729 (2009).
- Okuda, Y., Mishio, M., Kitajima, T., Asai, T. Cremasteric reflex test as an objective indicator of spinal anaesthesia. Anaesthesia. 55 (6), 587-589 (2000).
- Pryle, B., Carter, J., Cadoux-Hudson, T. Delayed paraplegia following spinal anaesthesia. Anaesthesia. 51 (3), 263-265 (1996).
- SJÖSTRÖM, S., Bläss, J. Severe pain in both legs after spinal anaesthesia with hyperbaric 5% lignocaine solution. Anaesthesia. 49 (8), 700-702 (1994).
- Yun, J., et al. Electrochemical impedance spectroscopy with interdigitated electrodes at the end of hypodermic needle for depth profiling of biotissues. Sens Actuator B-Chem. 237, 984-991 (2016).
- Ye, W. W., Shi, J. Y., Chan, C. Y., Zhang, Y., Yang, M. A nanoporous membrane based impedance sensing platform for DNA sensing with gold nanoparticle amplification. Sens Actuator B-Chem. 193, 877-882 (2014).
- Wang, L., et al. A novel electrochemical biosensor based on dynamic polymerase-extending hybridization for E. coli O157: H7 DNA detection. Talanta. 78 (3), 647-652 (2009).
- Tran, H., et al. An electrochemical ELISA-like immunosensor for miRNAs detection based on screen-printed gold electrodes modified with reduced graphene oxide and carbon nanotubes. Biosens Bioelectron. 62, 25-30 (2014).
- Nguyen, B. T., et al. Membrane-based electrochemical nanobiosensor for the detection of virus. Anal Chem. 81 (17), 7226-7234 (2009).
- Tian, F., Lyu, J., Shi, J., Tan, F., Yang, M. A polymeric microfluidic device integrated with nanoporous alumina membranes for simultaneous detection of multiple foodborne pathogens. Sens Actuator B-Chem. 225, 312-318 (2016).
- Chan, K. Y., et al. Ultrasensitive detection of E. coli O157: H7 with biofunctional magnetic bead concentration via nanoporous membrane based electrochemical immunosensor. Biosens Bioelectron. 41, 532-537 (2013).
- Giaever, I., Keese, C. R. A morphological biosensor for mammalian cells. Nature. 366 (6455), 591 (1993).
- Lu, Y. -Y., Huang, J. -J., Huang, Y. -J., Cheng, K. -S. Cell growth characterization using multi-electrode bioimpedance spectroscopy. Meas Sci Technol. 24 (3), 035701 (2013).
- Müller, J., Thirion, C., Pfaffl, M. W. Electric cell-substrate impedance sensing (ECIS) based real-time measurement of titer dependent cytotoxicity induced by adenoviral vectors in an IPI-2I cell culture model. Biosens Bioelectron. 26 (5), 2000-2005 (2011).
- Nordberg, R. C., et al. Electrical Cell-Substrate Impedance Spectroscopy Can Monitor Age-Grouped Human Adipose Stem Cell Variability During Osteogenic Differentiation. Stem Cells Transl Med. , (2016).
- Messina, W., Fitzgerald, M., Moore, E. SEM and ECIS Investigation of Cells Cultured on Nanopillar Modified Interdigitated Impedance Electrodes for Analysis of Cell Growth and Cytotoxicity of Potential Anticancer Drugs. Electroanalysis. 28 (9), 2188-2195 (2016).
- Abdolahad, M., et al. Single-cell resolution diagnosis of cancer cells by carbon nanotube electrical spectroscopy. Nanoscale. 5 (8), 3421-3427 (2013).
- Lee, H., et al. An endoscope with integrated transparent bioelectronics and theranostic nanoparticles for colon cancer treatment. Nat Commun. 6, 10059 (2014).
- Haemmerich, D., Schutt, D. J., Wright, A. S., Webster, J. G., Mahvi, D. M. Electrical conductivity measurement of excised human metastatic liver tumours before and after thermal ablation. Physiol Meas. 30 (5), 459 (2009).
- Prakash, S., et al. Ex vivo electrical impedance measurements on excised hepatic tissue from human patients with metastatic colorectal cancer. Physiol Meas. 36 (2), 315 (2015).
- Yun, J., Kim, H. W., Kim, H. -I., Lee, J. -H. Electrical impedance spectroscopy on a needle for safer Veress needle insertion during laparoscopic surgery. Sens Actuator B-Chem. 250, 453-460 (2017).
- Yun, J., Kim, H. W., Lee, J. -H. Improvement of Depth Profiling into Biotissues Using Micro Electrical Impedance Spectroscopy on a Needle with Selective Passivation. Sensors. 16 (12), 2207 (2016).
- Yun, J., et al. Micro electrical impedance spectroscopy on a needle for ex vivo discrimination between human normal and cancer renal tissues. Biomicrofluidics. 10 (3), 034109 (2016).
- Kim, H. W., Yun, J., Lee, J. Z., Shin, D. G., Lee, J. H. Evaluation of Electrical Impedance Spectroscopy-on-a-Needle as a Novel Tool to Determine Optimal Surgical Margin in Partial Nephrectomy. Adv Healthc. , (2017).
- Wu, H., et al. Conformal Pad-Printing Electrically Conductive Composites onto Thermoplastic Hemispheres: Toward Sustainable Fabrication of 3-Cents Volumetric Electrically Small Antennas. PLoS One. 10 (8), e0136939 (2015).
- Ahn, C., et al. Direct fabrication of thin film gold resistance temperature detection sensors on a curved surface using a flexible dry film photoresist and their calibration up to 450° C. C. J Micromech Microeng. 23 (6), 065031 (2013).
- Goluch, E. D., et al. Microfluidic method for in-situ deposition and precision patterning of thin-film metals on curved surfaces. Appl Phys Lett. 85 (16), 3629-3631 (2004).
- Hu, X., et al. A degradable polycyclic cross-linker for UV-curing nanoimprint lithography. J Mater Chem C. 2 (10), 1836-1843 (2014).
- Wu, J. -T., Lai, H. -C., Yang, S. -Y., Huang, T. -C., Wu, S. -H. Dip coating cooperated with stepped rotating lithography to fabricate rigid microstructures onto a metal roller. Microelectron Eng. 87 (11), 2091-2096 (2010).
