Introduction
No estudo clínico e de investigação biomédica, monitorização de cicatrização da ferida tem-se centrado sobre um método invasivo, que se baseia na avaliação histológica de tecido de mudança morfológica em feridas 1,2. Recentemente, avanços rápidos em tecnologias eletrônicas permitirá o desenvolvimento de ferramentas de análise de imagem e de alta precisão que pode inspecionar visualmente o processo de cicatrização através de imagens digitais 3,4 ou microscopia confocal de varredura e espectroscopia de 4,5. No entanto, estas abordagens de imagem exigem custos elevados, instrumentos ópticos de complicados e operações, e mais importante, os pacientes necessitam ser imobilizada durante o teste. Portanto, existe uma necessidade de novos dispositivos e sistemas que são quantitativa, não invasivo, de fácil utilização, de baixo custo, e multifuncional para oferecer o tratamento de feridas mais precisa.
Aqui, nós introduzir um sistema electrónico de pele-como que fornece preciso, mapeamento em tempo real de Condu temperatura e térmicasctivity e proporciona um nível preciso de aquecimento em locais ferida via conformada laminação do dispositivo de forma não invasiva. Este dispositivo apresenta uma classe de tecnologia, epidérmicas sistemas montados na pele eletrônicos que são projetados para corresponder às propriedades mecânicas e de material (espessura total, rigidez à flexão, módulos eficazes, e densidade de massa) da epiderme 6-9.
O dispositivo foi projetado em um, à prova de água-biocompatível pele-friendly, e forma reutilizável que pode ser lavado e desinfetado para aplicações clínicas em pacientes 10. O dispositivo electrónico conformada montado perto dos tecidos da ferida capta a fase de inflamação (de um processo de cicatrização de feridas), causado pelo aumento do fluxo de sangue e reacções enzimáticas para a ferida 11,12, através de gravação quantitativa de temperatura 8 e condutividade térmica 13, correlacionada com a hidratação . Estudos experimentais e computacionais determinar um projeto ótimo mecânica para accommodComeram movimentos naturais e aplicado estirpes sem fractura mecânica e capturar a física subjacente do alongamento mecânico do sistema electrónico semelhante à da pele que laminados conformalmente na superfície da pele, que proporciona a aquisição dos sinais de alta fidelidade.
Os protocolos descritos neste artigo apresentamos os métodos de microfabricação para sistemas eletrônicos de pele-like, testando preparação, incluindo a limpeza do dispositivo, a instalação do equipamento em um ambiente clínico, e aplicações clínicas para a monitorização quantitativa de temperatura e condutividade térmica em feridas cutâneas.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
As experiências para a fabricação do dispositivo, laminação pele, caracterização e mostrado nas Figuras 1, 2, e 4, envolveu duas voluntários todos realizados no Laboratório Bio-nanoengineering interface da Universidade da Virgínia (VCU), Richmond, VA, EUA. Este estudo foi aprovado pelo Institutional Review Board VCU (número de protocolo: HM20001454) e seguiu as diretrizes de pesquisa da Human Research VCU. Os dados do aparelho e clínicas apresentadas nas Figuras 3 e 5 foram adquiridas a partir do artigo publicado em 10 de onde as experiências com pacientes foram conduzidos sob o protocolo (número: STU69718), aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade Northwestern, Chicago, IL, EUA.
Fabrication 1. Dispositivo
NOTA: A Figura 2 apresenta ilustrações esquemáticas para o processo global de fabrico.
- Preparar um substrato portador
- Cortar uma 3 em silício (Si) para a bolacha nua tamanho desejado da electrónica, utilizando uma lâmina de diamante.
NOTA: Cerca de metade Si wafer dá um tamanho ideal para o dispositivo ferida. - Desengordurar bolacha de Si com acetona e álcool isopropílico (IPA). Lavar a bolacha com água desionizada (Dl) e, em seguida seca com azoto e desidratar numa placa de aquecimento a 110 ° C durante 3 min.
- Preparar 11 g de polidimetilsiloxano (PDMS) com a mistura de 10: 1 razão em volume de base e agente de cura e desgaseificar a mistura numa câmara de vácuo durante uma hora.
NOTA: PDMS é usado para uma recuperação padrão seco e transferir a impressão após a microfabricação, que é preferível para o produto químico molhado (acetona) abordagem baseada no estudo anterior 7. - Rotação revestimento 5 g de uma solução mista de PDMS na bolacha a 3000 rpm durante 1 min e curar completamente numa placa de aquecimento a 150 ° C durante 30 min.
- Cortar uma 3 em silício (Si) para a bolacha nua tamanho desejado da electrónica, utilizando uma lâmina de diamante.
- Materiais de Depósito e eletrônica padrão
- Tratar o PDMS-Coated bolacha com ultravioleta (UV) / ozono, utilizando uma lâmpada de UV (8,9 mW / cm2) durante 3 minutos para tornar a superfície hidrófila.
NOTA: A superfície hidrofílica oferece revestimento uniforme de camadas adicionais sobre o PDMS. - Spincoat poliimida (PI; 2 mL) nas PDMS revestido da bolacha, por pipetagem, a 4.000 rpm durante 1 minuto para formar uma camada de 1,2 mícrons de espessura, pré-cozer numa placa de aquecimento a 150 ° C durante 5 min, e pós- cozer a 250 ° C durante 2 horas.
- Depósito de crómio (Cr), para formar uma camada de 20 nm de espessura e, em seguida, depositar o cobre (Cu), para formar uma camada de 3 micrómetros de espessura usando o feixe de electrões (E-beam) evaporação (pressão de base: ~ 1 x 10 -7 Torr , a pressão de deposição: ~ 1 × 10 -6 Torr, taxa de deposição: 1-5 A / S). Monitorar a espessura da película por deposição a interface do controlador embutido no evaporador.
NOTA: A espessa camada de Cu proporciona níveis suficientes de condutividade elétrica nas resistências em microescala do dispositivo e fina camada de Cré usado para promover a adesão entre a PI e Cu. - Spincoat um fotorresistente (2 ml) com três passos a 900 rpm durante 10 seg, 1.100 rpm, durante 60 s, e 4000 rpm durante 20 segundos e, em seguida, curar numa placa de aquecimento a 75 ° C durante 30 min.
NOTA: As etapas sequenciais descritos acima foram utilizados para depositar uma espessa (> 10 um) fotorresistente. - Alinhe Cu eletrônicos padrões (sensores; fractal projeto 'Peano' com 35 mm de largura e interconexões; design de malha serpentina aberto com 50 mm de largura) no centro da lâmina de silício usando um alinhador UV (de energia: 10 mW / sec) com o tempo de exposição de 25 s.
NOTA: As estruturas fractais são usados para fornecer capacidade de estiramento mecânico superior, em comparação com apenas 14 sinuosos características. - Desenvolver o photoresist em um desenvolvedor de base diluída (1: 2 proporção de desenvolvedor e água DI) por um minuto, lave com água DI, e seca com azoto. Inspecione os padrões fractais (Cu e interconexões) usando um microescopo para confirmar o tamanho e característica encontrar quaisquer defeitos de partículas.
NOTA: Se houver quaisquer defeitos indesejáveis, em seguida, retire photoresist por lavagem com água acetona / IPA / DI. Após a secagem com azoto, repita os passos a partir de 1.2.4 para 1.2.6. - Etch a camada de Cu sobre a bolacha de Si por imersão em um produto corrosivo de química húmida para ~ 6 min (10 ml; mistura de persulfato de amónio e água na proporção de 1: 4; taxa de 8 nm / seg etch em 40 ° C), enxaguamento com água DI, e seca com azoto. Inspecione os padrões usando um microscópio para quaisquer padrões sobre-gravados.
NOTA: Se os padrões são sobre-gravado, ele pode causar arestas indesejadas dos recursos, o que poderia levar à fratura mecânica durante o manuseio do aparelho e processo de lavagem. Os resultados dos testes anteriores mostraram que mais de ~ 20% sobre-condicionamento dos padrões originais causou os problemas acima mencionados. - Etch a camada de Cr com gravação iónica reactiva (RIE; pressão: 300 mTorr, potência: 200 W, CF 4 gás: 5 sccm, O 2 gás: 10 sccm) por 5 min. Inspecione os padrões.
NOTA: Para gravação da camada de Cr, o processo de RIE é preferível para molhar ataque químico que provoca a reacção desfavorável com a camada de Cu. - Remover o fotorresistente permaneceu sobre as camadas de metal por imersão a bolacha em acetona (10 ml), IPA (10 ml), e água desionizada (20 ml), respectivamente. Em seguida, seque-o com nitrogênio.
- PI Spincoat (2 ml) no metal depositado da bolacha, por pipetagem, a 4000 rpm durante 1 minuto para formar uma camada de 1,2 mícrons de espessura, pré-cozer numa placa de aquecimento a 150 ° C durante 5 min, e pós-asse a 250 ° C durante 2 horas.
- Spincoat um fotorresistente (2 ml) com três passos a 900 rpm durante 10 seg, 1.100 rpm, durante 60 s, e 4000 rpm durante 20 segundos e, em seguida, curar numa placa de aquecimento a 75 ° C durante 30 min.
- Alinhe os padrões de PI para encapsular a eletrônica Cu (sensores, design fractal 'Peano' com 35 mm de largura e interconexões; design de malha aberta com serpentina 250mm de largura) com os fractais e interconexões pré-definidos Cu usando um alinhador UV (de energia: 10 mW / seg) com tempo de exposição de 25 seg.
- Desenvolver o photoresist com um desenvolvedor diluído (1: 2 proporção de desenvolvedor e água DI) por um minuto, lave com água DI, e seca com azoto. Inspecione os padrões usando um microscópio para confirmar a dimensão do traço e encontrar quaisquer defeitos de partículas.
NOTA: Se houver quaisquer defeitos indesejáveis, em seguida, retire photoresist por lavagem com água acetona / IPA / DI. Após a secagem com azoto, repita os passos a partir de 1.2.10 a 1.2.13. - Etch a camada IP com RIE (pressão: 170 mTorr, potência: 150 W, O 2 gás: 20 sccm) durante 25 min. Inspecione os padrões.
- Remover o fotorresistente manteve-se por imersão da bolacha em acetona (10 ml), IPA (10 ml), e água desionizada (20 ml), respectivamente. Em seguida, seque-o com nitrogênio.
- Tratar o PDMS-Coated bolacha com ultravioleta (UV) / ozono, utilizando uma lâmpada de UV (8,9 mW / cm2) durante 3 minutos para tornar a superfície hidrófila.
- Prepara-se uma membrana elastomérica
- Prepara-se uma encapsulação 10 g de mistura de silicone (1:Proporção de 1 volume de base e agente de cura) e adicionar uma tinta preta 15 com uma relação de volume para um, que é o de facilitar as medições de controlo da variação da temperatura sobre a pele utilizando uma câmara de infravermelhos.
NOTA: O silicone utilizado (borracha de encapsulamento claro) oferece características únicas de baixa viscosidade, claridade óptica, e isolamento elétrico / proteção para o dispositivo 16. - Spincoat 8 g da mistura numa placa de Petri a 150 rpm durante 1 minuto para formar um 500 mm de espessura de membrana elastomérica e cura à temperatura ambiente durante S / N.
NOTA: O material tem de ser colocado sobre uma superfície plana para a espessura uniforme. - Cortar a membrana para o tamanho desejado de 70 mm x 30 mm, utilizando uma lâmina de barbear afiada suavemente e retirá-la da placa de Petri.
- Prepara-se uma encapsulação 10 g de mistura de silicone (1:Proporção de 1 volume de base e agente de cura) e adicionar uma tinta preta 15 com uma relação de volume para um, que é o de facilitar as medições de controlo da variação da temperatura sobre a pele utilizando uma câmara de infravermelhos.
- Recuperar e transferir eletrônica
- Cortar uma fita solúvel em água (25 mm x 80 mm) e suavemente laminar para os padrões electrónicas fabricadas e colocá-los numa placa de aquecimento a 130 ° Cdurante 3 min.
NOTA: elevação da temperatura a camada de PDMS expande na bolacha de Si para ajudar a dissociação dos padrões electrónicos a partir da superfície. - Retire a fita rapidamente do PDMS / Si wafer para recuperar os padrões eletrônicos.
- Depositar uma espessura de 20 nm Cr (por aderência) seguido por um a 50 nm de espessura de dióxido de silício (SiO2) em padrões recuperados por evaporação por feixe de elétrons.
- Tratar UV / ozono através da lâmpada de UV (365 nm, 8,9 mW / cm 2) sobre a membrana de silicone alvo durante 2 minutos para activar a superfície.
- Transferir os padrões para a membrana de silicone, colocando os padrões obtidos na fita para o local desejado e uniformemente aumentando a pressão do lado de cima para baixo dos padrões no substrato. Aplicar água para dissolver a fita durante 5 min.
NOTA: O processo descrito de transferência de materiais é facilitada através de ligação covalente (Si-O-Si) entre o dióxido de silício depositado e o substrato de silicone activado por UV 17 - Retire a fita, enxaguar com água desionizada, e seco numa placa de aquecimento a 90 ° C durante 1 min.
- Cortar uma fita solúvel em água (25 mm x 80 mm) e suavemente laminar para os padrões electrónicas fabricadas e colocá-los numa placa de aquecimento a 130 ° Cdurante 3 min.
- Encapsular o dispositivo utilizando uma membrana de silicone
- Prepara-se uma encapsulação 10 g de mistura de silicone (1: 1 razão em volume de base e agente de cura).
- Cubra as superfícies de contato do cabo com um pedaço PDMS rectangular (22 × 6 × 1 mm3) por van der Waals ligação com a membrana de silicone baixo para evitar silicone revestimento das almofadas.
- Spincoat a 5 g de mistura de silicone a 4.000 rpm durante 1 minuto para formar uma camada de 5 mm de espessura sobre a electrónica e transferidos, em seguida, curar à temperatura ambiente durante S / N.
- Conecte um cabo de fita flexível para aquisição de dados
- Aplicar o fluxo de aço líquido (0,5 ml), por pipetagem, nas almofadas do conector durante 3 seg a tornar a superfície limpa.
- Ligar um cabo de fita fino, flexível sobre os pontos de contacto com a pressão a alta temperatura (> 60 ° C). A straightene cabelo típicor oferece fácil manuseio e colagem.
NOTA: O micro-cabo película é preferível à solda-fio duro convencional para evitar qualquer fractura mecânica das membranas de metal transferidos sobre um silicone. - Verifique a conexão elétrica usando um multímetro digital. O valor da resistência é esperado inferior a 1 Ohm entre a almofada sensor com uma extremidade e a outra extremidade do cabo de película (distância de ~ 1 cm de distância).
- Ligar a outra extremidade do cabo de fita para uma placa de circuito impresso personalizado com a mesma estratégia descrita no passo 1.6.2.
- Verifique a conexão elétrica usando um multímetro digital.
- Conecte o dispositivo com o hardware de aquisição de dados soldando fios convencionais no PCB.
2. Testes clínicos
- Limpar o dispositivo utilizando uma solução desinfectante
- Preparar 205 g de uma solução desinfectante diluído (proporção de 40: 1 volume de água e solução).
- Pulverizar osolução (10 g) no dispositivo e mergulhe-o por 10 min.
NOTA: O líquido de limpeza desinfectante diluído pode ser armazenado à temperatura ambiente. - Enxágüe com água três vezes e seque-a com tecidos limpos.
- Configurar uma série de equipamentos para testes de dispositivo
- Preparar e ligar um amplificador lock-in com uma fonte de corrente, um multiplexer, e o software personalizado instalado em um computador portátil para gravação de dados.
- Coloque uma câmera infravermelha em um tripé e se concentrar em um objeto de destino para a termografia como uma referência.
- Configure os parâmetros do sistema de um amplificador lock-in para medir a condutividade térmica (freqüência: 1 e 3 Hz; constante de tempo: 3 e 1 seg; sensibilidade: 1 mV; reserva dinâmico: alta de reserva) e temperatura (freqüência: 997 Hz; tempo constante: 300 ms; sensibilidade: 2 mV; reserva dinâmico: baixo nível de ruído) com a corrente constante (2 mA aplicada).
- Conectar dois dispositivos ferida, preparado por microfabricação e transferência de impressão e montado sobre ferida eSites contralateral, para o multiplexer direita antes de gravar dados de um paciente.
- Temperatura recorde e condutividade térmica
NOTA: O software de aquisição de dados é feito por encomenda, que pode controlar remotamente o lock-in amplificador para monitoramento de dados em tempo real e poupança. Na medição de temperatura, cada ponto de dados é medida a cada 300 ms para 20 seg. O conjunto de dados para o primeiro 10 seg e 10 seg próxima são usados para calcular o valor da temperatura média e desvio padrão, respectivamente. Os dados gravados são salvos como um arquivo de valores separados por vírgula, que é usado para traçar um gráfico para comparação com dados de termografia infravermelha. Na medição da condutividade térmica, os sinais são 3Ω lida directamente a partir do ecrã de hardware (amplificador), que é então utilizada para calcular a condutividade térmica analiticamente.- Suavemente esfregue os locais de aplicação do dispositivo sobre a pele usando álcool anti-séptico toalhetes 10.
- 2.3.2) laminado dois dispositivos sobre os locais da pele desejado pressionando suavemente o dispositivo à pele com os dedos para facilitar a ligação suave: um sobre o local da ferida cirúrgica e o outro na localização contralateral como referência.
- Meça a tensão eléctrica (3Ω), relacionada com a condutividade térmica, do dispositivo, iniciando a aquisição de dados.
- Avaliar os dados obtidos para verificar o contacto conformada do dispositivo para a pele; valor anormal (<0,1 W / mK) mostra mau contacto do dispositivo.
- Meça a resistência elétrica para determinar a distribuição da temperatura e gravar dados através do software personalizado.
- Tome imagens ópticas e IV dos dois dispositivos na pele.
- Comparar os valores de temperatura a partir das imagens IR com os dados gravados a partir do dispositivo ferida (2.3.5). Adicione os dois valores para separar colunas em uma planilha personalizada.
- Analisar os dados gravados
- Exportar os dados gravados para oMolde para calcular automaticamente a temperatura e a condutividade térmica a partir de uma matriz de sensores no dispositivo personalizado.
- Determinar os dados (de temperatura e condutividade térmica de acordo com a localização do sensor na escala de tempo diferente para comparação) ao longo de um mês (quatro conjuntos de dados no dia 1, 3, 15, e 30).
- Analisar os dados por comparação de uma série de temperatura e dados de condutividade térmica de acordo com o tempo; Valores com elevação súbita ou queda diga a mudança de fase de cicatrização de feridas e / ou anormalidade inesperado em sites de feridas.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
A Figura 1 apresenta uma visão geral das características do conformada, sistema eletrônico de pele semelhante, projetado para quantitativa, gestão de feridas cutâneas em pacientes. O dispositivo eletrônico multifuncional consiste em estruturas de microescala fractal 3,14 e serpentina filamentar traça 9,17 em uma fina membrana elastomérica que oferece capacidade de estiramento mecânico excepcional e bendability. O dispositivo compatível que é totalmente fechado por camadas de silicone permite suave, laminação reversível na pele através de interações de van der Waals sozinho. As características únicas do dispositivo incluem biocompatibilidade, impermeabilidade, facilidade de utilização, e a flexibilidade mecânica para a utilização na prática clínica realistas.
A integração de materiais híbridos, tais como polímeros e um metal (de silicone, poliimida, e cobre) produz um dispositivo electricamente segura, à prova de água, e biocompatível (Figura 2A).Uma matriz de fractal (cobre, Cu) resistências (35 ^ m de largura e 3 um de espessura) é colocado no plano mecânico neutro, por poliimida fechado (PI, 1,2 um de espessura) camadas, para minimizar tensões de flexão aplicado sobre o núcleo Material (Cu), em aplicações clínicas.
A espessura total do dispositivo numa membrana de silicone é apenas ~ 600 uM, oferecendo extrema aptidão à dobragem. As ilustrações esquemática na Figura 2B descrevem o processo de microfabricação de o sistema electrónico semelhante à da pele. O método de fabricação combina as técnicas de microfabricação convencionais (metalização, fotolitografia e gravura) com as técnicas de impressão de transferência de recém-desenvolvidos (recuperação de transferência e de ligação) 9,14,18,19. Este tipo de dispositivo pode ser aumentado usando impressão em grande escala de transferência com um equipamento de impressão automatizada 20,21.
A Figura 3 sumaria a Mecânical estiramento e com a funcionalidade elétrica do sistema eletrônico da pele-like, relatado no trabalho anterior 10. Mecânica e materiais de estudo pelo método dos elementos finitos (MEF) oferece o design ideal do sistema para acomodar movimentos naturais e estirpes, envolvidos no uso clínico aplicado, sem fratura mecânica (Figura 3A, em cima). O estudo experimental que apresenta comportamento mecânico da estrutura fractal com cepas de tração de até 30% (Figura 3AA, inferior) mostra uma boa concordância com os resultados FEMININO. O dispositivo com resistências microescala é usada para a medição quantitativa da temperatura e condutividade térmica e entrega precisa, um aquecimento localizado (Figuras 3B - 3D). A curva de calibração de resistência eléctrica de acordo com a alteração da temperatura foi obtido utilizando uma câmara de infravermelhos e uma placa quente de alta sensibilidade (Figura 3B). O método de avaliação da condutividade térmica foi medidoadaptado a partir da técnica de omega 3 13 3 que utiliza os sinais de tensão omega em duas frequências diferentes correntes alternadas (Figura 3C). Corrente eléctrica aplicada (35 mA com 10 mW) com as resistências de aquecimento de Joule fractal ocorre, o que oferece a actuação temperatura controlável de um modo terapêutico (Figura 3D).
Para aplicações práticas, clínicas, o processo de limpeza sugerido do dispositivo de mão envolve desinfecção antes do uso em pacientes. A pulverização de uma solução de desinfectante no dispositivo à prova de água e após enxaguamento com água três vezes prepara o dispositivo para o teste clínico (Figuras 4A e 4B). A avaliação da biocompatibilidade qualitativa do dispositivo utiliza um microscópio contacto digital para inspeccionar visualmente a superfície da pele (Figura 4C), que investiga a mudança da cor da pele e a textura ao longo de vários ciclos de utilização em doentes. Um (IR) de infravermelhos thermograpHY pode fazer uma avaliação quantitativa das condições de pele por cerca de duas semanas (Figura 4D) uma vez que os efeitos secundários, tais como eritema provoca elevação da temperatura 22. Os dispositivos examinados são laminadas perto dos tecidos da ferida e a localização contralateral (como uma referência). Gravação de parâmetros relevantes de temperatura e condutividade térmica é conduzida usando um sistema de aquisição de dados e imagem IR em uma sala de exames (Figuras 4E e 4F).
A Figura 5 apresenta os dados representativos de medição quantitativa de cicatrização de feridas cutâneas em um paciente a partir de um estudo anterior 10. Uma série de fotos na Figura 5A mostra o processo de controlo da cicatrização de feridas com o dispositivo montado na pele ao longo de um mês. O dispositivo ferida tingidos com uma tinta preta foi laminado perto da ferida cirúrgica. Marcas de caneta sobre a pele guiada a montagem do dispositivo na mesma localização para DAT quantitativa uma comparação do dia 1 ao dia 30. A medição de temperatura e variação de condutividade térmica utilizando uma matriz de sensores no dispositivo e comparação entre os locais das feridas e de referência capta a fase de cicatrização de feridas, a inflamação (Figuras 5B - 5E). Os altamente sensíveis, seis sensores no dispositivo ferida foram capazes de capturar alteração mínima da temperatura do corpo e ponto de inflamação intensa no Dia 3 (Figuras 5B - 5C) e variação recorde de condutividade térmica (Figuras 5D - 5E). Um conjunto de dados de referência foi medido a partir do lado contralateral como controlo.
Figura 1. Visão geral das características do, dispositivo de monitoramento de feridas de pele-como em um paciente.> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2. Dispositivo de fabricação (A) Representação esquemática dos esquemas de dispositivo (esquerda; camada 1:. Transparente de silicone na parte superior, a camada 2: PI, camada 3: Cu, camada 4: PI, e a camada 5: preta de silicone no inferior) eo concluída, eletrônica flexível / elástico (à direita). (B) Ilustração do processo (corte transversal) passo-a-passo de fabricação. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3. características do dispositivo (reproduzido com permissão de
Figura 4. processo de teste clínico. (A) A desinfecção do dispositivo utilizando uma solução de limpeza.(B) A lavagem com água para limpar a superfície para testes clínicos. (C) avaliação da pele usando um microscópio de contactos digital (esquerda) e visão ampliada da pele (direita). (D) A termografia infravermelha da pele para a avaliação quantitativa de temperatura variação. (E) definição clínica para tratamento de feridas em uma sala de exames. (F) foto ampliada dos dispositivos laminados perto da ferida (perna direita) e local contralateral (perna esquerda) tecidos. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5. Os dados representativos de gestão quantitativa da cicatrização de feridas com o dispositivo (reproduzido com permissão de Materiais Avançados Saúde 10. (A) Fotografias de a ferida com o dispositivo ao longo de um mês. (B) A gravação da distribuição da temperatura perto da ferida durante um mês com seis sensores o dispositivo (inset). (C) A gravação da distribuição de temperatura numa localização contralateral como referência. (D) A gravação de condutividade térmica perto da ferida durante um mês com três sensores no dispositivo (inset). (E) de gravação de térmica condutividade em um local contralateral como referência. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
Este trabalho foi apoiado pelo financiamento de arranque da Escola de Engenharia, Virginia Commonwealth University e alguns dispositivos eletrônicos foram preparados nas instalações de microfabricação na Virginia Wright Microelectronics Center. Nós reconhecemos os pesquisadores que fizeram contribuições para o dispositivo e os dados clínicos (Figuras 3 e 5 do presente documento), adquirida a partir do artigo publicado 10. W.-HY graças Yoshiaki Hattori para o, software de gravação de dados feito sob medida.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3" Silicon wafer | University Wafer, USA | Use as carrier to fabricate the device | |
| Acetone | Fisher Scientific, USA | A18-1 | Use to clean a wafer and to remove photoresist |
| Isopropanol (IPA) | Fisher Scientific, USA | A459-1 | Use to clean a wafer |
| AZ4620 photoresist | AZ Electrionic Materials, USA | Use to make patterns on metals and polymers | |
| AZ400K developer | AZ Electrionic Materials, USA | Use to develop AZ4620 photoresist | |
| Chromium etchant | Transene, USA | 1020AC | Use to etch Cr layer of device |
| Copper etchant | Transene, USA | ASP-100 | Use to etch Cu layer of device |
| Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit (PDMS) | Dow Corning, USA | 39100000 | Use as a substrate for 'dry' retrieval |
| PI2545 polyimide | HD MicroSystem, USA | Use to encapsulate metal layer | |
| Solaris | Smooth-On, USA | Use as substrate and to encapsulate device | |
| Petridish | Carolina, USA | 741255 | Use as mold to make substrate |
| Water-Soluble Wave Solder Tape 5414 | 3M, USA | AM000000217 | Use to retrive device from PDMS layer |
| High Activity Liquid Stainless Steel Flux | Worthington, USA | 331929 | Use to remove oxidation layer on Cu |
| Flexible, micro-film cable | Elform, USA | Use to make the electrical connection between the electronic device and the data acquisition system | |
| pH Neutral Cleaner | Australian Gold, USA | Use as disinfectant solution to clean device in clinical testing | |
| Solder | Kester, USA | 24-6337-9703 | Use as material to solder hard wires |
| Ultraviolet lamp | Cole-Parmer, USA | 97600-00 | Use to activate PDMS layer as hydrophilic surface |
| Multiplexer | FixYourBoard, USA | U802 | Use to acquire measurements from six sensing components |
| DC/AC current source | Keithley, USA | 6221 | Use to supply current |
| SMD Digital Hot Air Rework Station | Aoyue, China | 968A+ | Use to solder hard wires, to electrically connect between the device and external instruments |
| Infrared camera | FLIR, USA | 435-0001-01-00 | Use to take infrared images in experiment |
| Digital multimeter | Fluke, USA | 117 | Use to check electrical connection |
| Lock-in amplifier | Stanford Research System, USA | SR830 | Use to perform four-point-probe-measurement |
| Electron beam evaporator | 9 scale Vacuum Products, USA | Use to deposit thin films (Cu and SiO2) |
References
- Dargaville, T. R., et al. Sensors and imaging for wound healing: A review. Biosens Bioelectron. 41, 30-42 (2013).
- Panuncialman, J., Hammerman, S., Carson, P., Falanga, V. Wound edge biopsy sites in chronic wounds heal rapidly and do not result in delayed wound healing. J Invest Dermatol. 129, S47-S47 (2009).
- Hess, C. T., Kirsner, R. S. Orchestrating Wound Healing: Assessing and Preparing the Wound Bed. Adv Skin Wound Care. 16 (5), 246-257 (2003).
- Lange-Asschenfeldt, S., et al. Applicability of confocal laser scanning microscopy for evaluation and monitoring of cutaneous wound healing. J Biomed Opt. 17 (7), (2012).
- Crane, N. J., Elster, E. A. Vibrational spectroscopy: a tool being developed for the noninvasive monitoring of wound healing. J Biomed Opt. 17 (7), (2012).
- Jeong, J. W., et al. Materials and Optimized Designs for Human-Machine Interfaces Via Epidermal Electronics. Adv Mater. 25 (47), 6839-6846 (2013).
- Kim, D. H., et al.
- Webb, R. C., et al. Ultrathin conformal devices for precise and continuous thermal characterization of human skin (vol 12, pg 938). Nat Mater. 12, 1078-1078 (2013).
- Yeo, W. H., et al. Multifunctional Epidermal Electronics Printed Directly Onto the Skin. Adv Mater. 25 (20), 2773-2778 (2013).
- Hattori, Y., et al. Multifunctional skin-like electronics for quantitative, clinical monitoring of cutaneous wound healing. Adv Healthc Mater. 3 (10), 1597-1607 (2014).
- Guo, S., DiPietro, L. A.
- Matzeu, G., et al. Skin temperature monitoring by a wireless sensor. Ieee Ind Elec. , 3533-3535 (2011).
- Cahill, D. G. Thermal-Conductivity Measurement from 30-K to 750-K - the 3-Omega Method. Rev Sci Instrum. 61 (2), 802-808 (1990).
- Fan, J. A., et al. Fractal Design Concepts for Stretchable Electronics. Nature Commun. 5 (3266), (2013).
- Song, Y. M., et al. Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye. Nature. 497 (7447), 95-99 (2013).
- Jeong, J. W., et al. Capacitive Epidermal Electronics for Electrically Safe, Long-Term Electrophysiological Measurements. Adv Healthc Mater. 3 (5), 642-648 (2013).
- Zhang, Y. H., et al. Experimental and Theoretical Studies of Serpentine Microstructures Bonded To Prestrained Elastomers for Stretchable Electronics. Adv Funct Mater. 24 (14), 2028-2037 (2014).
- Carlson, A., Bowen, A. M., Huang, Y. G., Nuzzo, R. G., Rogers, J. A. Transfer Printing Techniques for Materials Assembly and Micro/Nanodevice Fabrication. Adv Mater. 24 (39), 5284-5318 (2012).
- Yeo, W. H., Webb, R. C., Lee, W., Jung, S., Rogers, J. A. Bio-integrated electronics and sensor systems. Proc Spie. 8725, (2013).
- Chung, H. J., et al. Fabrication of Releasable Single-Crystal Silicon–Metal Oxide Field-Effect Devices and Their Deterministic Assembly on Foreign Substrates. Adv Funct Mater. 21 (16), 3029-3036 (2011).
- Kim, H. S., et al. Unusual strategies for using indium gallium nitride grown on silicon (111) for solid-state lighting. Proc Natl Acad Sci U.S.A. 108 (25), 10072-10077 (2011).
- Padilla-Medina, J. A., et al. Assessment technique for acne treatments based on statistical parameters of skin thermal images. J Biomed Opt. 19 (4), 046019-046019 (2014).
