Hohle Mikronadel-basierten Sensor für Multiplex Transdermale elektrochemische Nachweis

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist die Herstellung eines Multiplex-Mikronadel-basierten Sensors für die transdermale elektrochemische Detektion verschiedener Ziellyten, die gleichzeitig gemessen werden können. Der erste Schritt besteht darin, hohle Mikronadelarrays mittels mysterialer Lithographie herzustellen und Elektrodenarray-Kavitäten mittels Lasermikrombearbeitung herzustellen. Bereiten Sie dann die einzelnen Kohlepasten vor und füllen Sie die Hohlräume des Elektrodenarrays.

Als nächstes kalibrieren Sie jede der Kohlenstoffpasten über einen Bereich physiologisch relevanter Konzentrationen. Letztendlich wird ein transdermales elektrochemisches In-vivo-Gerät entwickelt, das in der Lage ist, mehrere Analyten gleichzeitig in komplexen physiologischen Mikroumgebungen für eine Reihe von biomedizinischen Anwendungen zu messen. Der Hauptvorteil dieser Technik Ihrer bestehenden Methoden ist die Möglichkeit, Multiplex-Sensorik auf minimalinvasive Weise durchzuführen.

Dieses Gerät kann als Forschungsinstrument verwendet werden, um akute medizinische Reaktionen zu messen, ein Verständnis für Anpassungen während körperlicher Betätigung zu gewinnen und Krankheiten zu überwachen, die die Haut betreffen. Die Auswirkungen dieses InVivo-Mikronadelsensors erstrecken sich auf die Diagnose von Hauttumoren, da Tumormikroumgebungen als Indikatoren für die Tumorproliferation und Metastasierung dienen können. Unser Ziel mit diesem Gerät ist es, Mikronadelarrays als minimalinvasiven Mechanismus für den Zugang zur elektrochemischen Analyse des dermalen interstitiellen Flüssigkeitsbodens zu verwenden.

Beginnen Sie mit der dreidimensionalen Modellierungssoftware SolidWorks und entwerfen Sie ein parametallförmiges hohles Mikronadelarray. Dann wird das RP 13-Softwaredesign der Magic verwendet, eine Stützstruktur, die eine Basis bietet, auf der die Mikronadeln aufgebaut sind. Steuern Sie als Nächstes den Fertigungsprozess mit der Refactory RP-Software.

Laden Sie sowohl die verknüpfte Stütze als auch die Mikronadel-Array-Dateien hoch. Wählen Sie dann die Anzahl der herzustellenden Mikronadelarrays aus und bestimmen Sie die Platzierung der Geräte auf der Fertigungsplatte im pery Rapid Prototyping Fertigungssystem. Wählen Sie den Ultraviolett-Modus bei 100 Milliwatt und führen Sie den Kalibrierungsvorgang durch.

Stellen Sie sicher, dass die Abweichung der Energie innerhalb von plus/minus zwei Milliwatt liegt. Sobald die Herstellung des Mikronadelarrays abgeschlossen ist, entfernen Sie das Mikronadelarray von der Grundplatte. Entwickeln Sie 15 Minuten lang ein Isopropanol.

Anschließend werden die Arrays mit Druckluft getrocknet, um eine vollständige Polymerisation zu gewährleisten. Härten Sie die Mikronadeln 50 Sekunden lang bei Raumtemperatur aus. Untersuchen Sie die Mikronadeln mittels Lichtmikroskopie.

Stellen Sie sicher, dass jede vollständig gefertigte Mikronadelbohrung hohl und frei ist. Stellen Sie die darunter liegenden, einzeln adressierbaren Kupferverbindungsdrähte in einem flachen, flexiblen Kabel zur Verfügung. Erstellen Sie Muster für die Laserablation und senden Sie diese Muster an das Lasersystem.

Positionieren Sie nun die Kabel in einer Vorrichtung, um sie mit einem Rasing-Ansatz richtig auf der Laserablationsplatte auszurichten, und erstellen Sie Hohlräume mit einem Durchmesser von 500 Mikrometern im isolierenden Teil des flexiblen Kabels. Reinigen Sie die modifizierten flachen flexiblen Kabel mit einer Airbrush, die Aceton aufsprüht. Bei 40 PSI dann mit Isopropanol und deionisiertem Wasser unter Verwendung eines Lichtmikroskops spülen.

Vergewissern Sie sich, dass keine Isolierfolie über den freiliegenden Kupferstreifen zurückbleibt. Der nächste Schritt besteht darin, einen Haltehohlraum für die Carbonpasten ABL Melanoxtape zu schaffen, die einen einseitigen druckempfindlichen Acrylatkleber in dem Muster enthalten, das bisher für Elektrodenstreifen verwendet wurde. Richten Sie nun das Tape über die abgetragenen Elektrodenstreifen aus.

Komprimieren Sie das Klebeband, um eine korrekte Verbindung zu gewährleisten. Lösen Sie dann das doppelseitige Melin-X-Tape ab und richten Sie das Tape so aus, dass die Verbindung zwischen den Mikronadel-Arrays und den Kohlenstoffpasten-Elektroden-Arrays möglich ist. Mischen Sie 10 Milligramm Glukoseoxidase und 2,2 Milligramm Polyethylenamin zu einer homogenen, glukoseempfindlichen Kohlenstoffpaste.

Dann 60 Milligramm Rhodium auf Kohlenstoffpulver geben und 40 Milligramm Mineralöl untermischen. Lagern Sie die Paste bei vier Grad Celsius für die pH-empfindliche Kohlepaste: Mischen Sie 30 % Mineralöl und 70 % Graphitpulver. Packen Sie die Paste mit einem dünnen Stück Kunststoff als Kelle in den Elektrodenhohlraum, bis eine glatte Oberfläche erreicht ist.

Wiederholen Sie den Vorgang mit einer zweiten sauberen Wiege, bis die überschüssige Paste entfernt ist. Anschließend mit entionisiertem Wasser waschen. Geben Sie als nächstes einen 20-Mikroliter-Tropfen frisch zubereiteter Fast Blue Solution auf die verpackte Pastenelektrode.

Nach einer 30-minütigen Inkubationszeit mit entionisiertem Wasser für die laktatempfindliche Kohlenstoffpaste spülen. Kombiniert 2,5 Milligramm Rhodium auf Kohlenstoffpulver mit 2,5 Milligramm Laktatoxidase. Wechseln Sie zwischen fünf Minuten Beschallung und fünf Minuten Vortexen für fünf Umdrehungen.

Fahren Sie fort, die Paste in den Elektrodenhohlraum zu packen. Zum Schluss mit entionisiertem Wasser spülen, um Laktat nachzuweisen. Messen Sie die chronologische und parametrische Reaktion des Sensors und zeichnen Sie den Strom nach 15 Sekunden auf, um Glukose zu erkennen.

Messen Sie die chronoandrische Reaktion des Sensors, um nacheinander die Kalibrierkurven für Laktat- und Glukosesensoren zu erstellen. Fügen Sie den entsprechenden Analyten vor chronologischen und parametrischen Messungen hinzu. Alternativ können Sie während des Rührens chronografische und parametrische Messungen mit festem Potential durchführen.

Lassen Sie zwischen den einzelnen Analytzugaben ausreichend Zeit für die Stromstabilisierung. Um den pH-Wert zu überwachen, führen Sie zyklische volmetrische Scans durch und zeichnen Sie die Positionen der oxidativen Peak-Potential-Werte auf. Erstellen Sie pH-Kalibrierungskurven, indem Sie die Position des oxidativen Peak-Potentials in aufgezeichneten zyklischen Voltgramm über eine Reihe bekannter pH-Werte messen. Der Prozess der Konstruktion eines Multiplex-Mikronadel-basierten Sensors beginnt mit dem Design des Mikronadel-Arrays in SolidWorks und dann mit dem Design der Stützstrukturen in Magics RP 13.

Diese Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen ein Mikronadelarray und eine einzelne Mikronadel innerhalb dieses Arrays. Die Sensorplattform des Mikronadel-basierten Sensors wird erstellt, indem die Elektrodenarrays in dem flachen, flexiblen Kabel mittels Laserablation erzeugt und diese Arrays anschließend mit Kohlenstoffpaste gefüllt werden. Die elektrokatalytischen Reaktionen für Glukose und Laktat werden zusammen mit den Betriebsparametern für den Nachweis dargestellt.

Diese typische Kalibrierung von laktatempfindlicher Paste mit 15-sekündigen chronometrischen Scans zeigt jede Stromzunahme, die einer Zugabe von Laktat um zwei Millimolare entspricht. Bei der Überwachung der Glukosekalibrierung des Sensors wird ein einziger kontinuierlicher chronometrischer Scan verwendet, indem die Glukosekonzentrationen eingebracht und dann der Strom stabilisiert wird. Dieses Schema zeigt die elektrokatalytischen Reaktionen zum Nachweis des Säuregehalts, hier werden zyklische Gramm an der pH-empfindlichen Mikronadel in 0,1 molaren Phosphatpuffer über vier verschiedene Lösungen mit pH-Werten von fünf bis acht in einer Einheitsschritten dargestellt.

Da sich das oxidative Peakpotential mit steigenden pH-Werten verschiebt, wird dieses Phänomen als Indikator für den pH-Wert herangezogen. Einmal gemeistert, kann dieses Gerät in zwei Tagen ordnungsgemäß hergestellt werden. Bei diesem Verfahren ist zu beachten, dass die verschiedenen Kohlenstoffgeschwindigkeiten ihre Selektivität nicht behalten, wenn sie miteinander gemischt werden.

Nach diesem Verfahren kann dem Elektrodenarray zusätzliches selektives Kohlenstofftempo zugesetzt werden, um andere Analyten in der Haut zu überwachen. Die Entwicklung dieses Geräts könnte Forschern auf dem Gebiet der tragbaren Sensoren den Weg ebnen, um medizinische Diagnosen durchzuführen und grundlegende biomedizinische Fragen zu erforschen.