用于定量经皮伤口管理的可延展类肤电子系统的制备与表征

本实验的总体目标是制备一种用于定量皮肤伤口管理的类肤电子器件。首先在载体基底上构建电子器件，然后通过第二步制备弹性体膜以封装该电子器件。

接下来，将制备好的电子器件从其制备基质中取出，并转移至膜上。最后步骤是用硅胶涂层封装电子器件，并连接柔性电缆以进行数据采集。完成的设备可层压于患者伤口组织附近，用于监测时间、变化的温度及组织热导率，以实现伤口管理。

与基于显微视觉检测的现有工具相比，该设备的主要优势在于能够对伤口组织附近的温度和热导率进行多功能定量监测。这种柔软、生物相容且可穿戴于皮肤的设备具备临床应用所需的功能与特性，在慢性伤口管理的重要问题上具有广阔的应用前景。该旋涂工艺可在任意尺寸的硅片上进行。

首先用丙酮和异丙醇对晶圆进行脱脂处理，然后用去离子水冲洗，并在氮气下吹干。将晶圆置于设定为110摄氏度的加热板上脱水三分钟。

现在将5克PDMS以3000 RPM转速旋涂到晶圆上，持续1分钟；随后将晶圆置于设定为150°C的加热板上固化30分钟，完成该步骤。对涂有PDMS的晶圆进行3分钟紫外处理后，再将聚酰亚胺旋涂到晶圆上。用移液器施加2毫升聚酰亚胺，以4,000 RPM转速旋涂1分钟，形成1.2微米厚的涂层。

然后将晶圆在热板上于150摄氏度预烘烤5分钟，再放入烘箱中于250摄氏度烘烤2小时。接着，采用电子束蒸发沉积法，先沉积一层20纳米厚的铬以增强附着力，再沉积一层3微米厚的铜以提供导电性。随后，分三步将2毫升光刻胶溶液旋涂到晶圆上，形成厚度小于10微米的薄膜。

现在将晶圆置于75°C的热板上固化30分钟。接着，使用紫外光刻对准仪，以10毫瓦/秒的功率将铜制电子图案与晶圆中心对准，曝光时间为25秒。

采用分形图案制作传感器，并为互连部分制作开放网状结构。将光刻胶在33%的显影液中显影一分钟，然后用去离子水冲洗芯片，并在氮气流下吹干。

在继续操作前，需在显微镜下检查图案是否存在缺陷。随后，将晶圆浸入化学蚀刻液中蚀刻六分钟以去除铜层。蚀刻完成后，用去离子水冲洗晶圆并吹干。

与之前相同，在显微镜下检查蚀刻图案，铜导线过度蚀刻超过20%会导致机械失效。使用反应离子蚀刻法蚀刻铬层，时间为5分钟。检查蚀刻效果后，用10毫升丙酮去除剩余的光刻胶，随后用10毫升异丙醇冲洗。

第三步，加入20毫升去离子水。随后在氮气气流下干燥晶圆片。本方案中，配制10克封装用硅胶混合物，用于目标材料的封装，将电子器件转移至直径为10厘米的培养皿中。

旋涂，取8克混合物在150 RPM转速下旋转1分钟，以形成0.5毫米厚的硅胶涂层。室温下静置过夜使其固化。

接下来，将适当大小的水溶性胶带粘贴到图案芯片上，作为电子图案的覆膜表面。粘贴胶带后，在130摄氏度下加热晶圆三分钟。然后迅速剥离胶带，使电子器件从芯片上脱离，并将其转移至接收基底上。

采用电子束蒸发法在基底上沉积20纳米的铬层以增强附着力，随后在铬层上沉积50纳米的二氧化硅。接着取出硅胶层，并在8.9毫瓦每平方厘米的强度下，用365纳米的紫外光照射处理2分钟。

这会利用硅胶进行表面活化。将取出的电子器件按压到硅胶上，并在目标材料上均匀铺开。然后用水处理胶带以使其溶解，五分钟后揭去胶带。

然后用去离子水冲洗硅胶，并在90°C的加热板上干燥一分钟。要制作该装置，首先使用一块矩形PDMS通过范德华键合力覆盖住电极焊盘。接下来进行转移电子器件步骤：将五克封装的硅胶混合物在4,000 RPM转速下旋涂一分钟。

这会形成一层五微米厚的涂层，在室温下固化过夜。第二天，用0.5毫升液体钢助焊剂清洁传感器焊盘，持续三秒钟。然后在超过60摄氏度的温度和压力下，将柔性带状电缆连接到接触点上。

使用万用表检查连接。传感器垫片与薄膜电缆之间相距一厘米处的电阻应小于一欧姆。以相同方式将带状电缆的另一端连接至定制电路板。最后，通过将常规导线焊接到PCB上，将设备连接到数据采集硬件。

采用所述方案制备了电子传感器装置。对装置的柔韧性进行了检测。在拉伸应变下未发生机械断裂，装置保持正常功能。

使用高精度加热板测量了六个传感器位置的电阻。结果显示存在线性关系，表明传感器对温度的微小变化具有良好的校准性能。此外，在临床环境中，采用改进的三欧姆信号法评估了该设备的热导率。

该设备用于监测术后长达一个月的伤口愈合情况，从而测量伤口愈合过程中的温度。术后第三天，伤口部位出现明显炎症，这反映为设备测得的温度急剧升高。

观看本视频后，您应能够充分了解如何制备一种用于患者伤口定量管理的共形缺血性电子器件。