Hollow Microneedle basado en sensores para la detección electroquímica multiplexado transdérmica

El objetivo general de este procedimiento es fabricar un sensor basado en microneedles multiplexados para la detección electroquímica transdérmica de diversos analitos diana que pueden medirse simultáneamente. El primer paso consiste en fabricar matrices de microneedles huecos utilizando litografía por misterio y crear cavidades para la matriz de electrodos mediante micromecanizado láser. A continuación, prepare las pastas de carbono individuales y rellene las cavidades de la matriz de electrodos.

A continuación, calibre cada una de las pastas de carbono en un rango de concentraciones fisiológicamente relevantes. En última instancia, se crea un dispositivo electroquímico transdérmico in vivo capaz de medir simultáneamente múltiples analitos en microentornos fisiológicos complejos para una variedad de aplicaciones biomédicas. La principal ventaja de esta técnica frente a los métodos existentes es la capacidad de realizar detección multiplex de manera mínimamente invasiva.

Este dispositivo puede utilizarse como una herramienta de investigación para medir respuestas médicas agudas, comprender las adaptaciones durante el ejercicio físico y monitorear enfermedades que afectan la piel. Las implicaciones de este sensor microneedle InVivo se extienden hacia el diagnóstico de tumores cutáneos, ya que los microentornos tumorales pueden servir como indicadores de la proliferación y metástasis tumoral. Nuestro objetivo con este dispositivo es utilizar matrices de microagujas como un mecanismo mínimamente invasivo para acceder al líquido intersticial dérmico y realizar análisis electroquímicos.

Comience en el software de modelado tridimensional, SolidWorks, y diseñe una matriz de microagujas huecas con forma parametal. Luego, utilizando el diseño del software RP 13 de Magic, cree una estructura de soporte que proporcione una base sobre la cual se construyen las microagujas. A continuación, controle el proceso de fabricación utilizando el software RP refractario.

Cargue ambos archivos: el soporte vinculado y la matriz de microagujas. Luego, seleccione el número de matrices de microagujas que se fabricarán y determine la colocación de los dispositivos en la placa de fabricación del sistema de fabricación rápida pery. Seleccione el modo de luz ultravioleta a 100 milivatios y realice el procedimiento de calibración.

Verifique que la desviación en la energía esté dentro de más o menos dos milivatios. Una vez completada la fabricación del arreglo de microagujas, retire el arreglo de microagujas de la placa base. Someta a isopropanol durante 15 minutos.

Luego seque los arreglos con aire comprimido para asegurar la polimerización completa. Cure las microneedles a temperatura ambiente durante 50 segundos. Examine las microneedles mediante microscopía óptica.

Verifique que cada orificio de micropunta completamente fabricado sea hueco y esté libre de obstrucciones. Exponga los cables de cobre conectores subyacentes individualmente direccionables en un cable plano y flexible. Cree patrones para la ablación láser y envíe estos patrones al sistema láser.

Ahora, coloque los cables en una plantilla para alinearlos correctamente sobre la placa de ablación láser con un enfoque ascendente y cree cavidades de 500 micrómetros de diámetro en la porción aislante del cable flexible. Limpie los cables planos flexibles modificados con un aerógrafo que rocíe acetona. A 40 PSI, enjuague luego con isopropanol y agua desionizada utilizando un microscopio óptico.

Verifique que no quede ninguna película aislante sobre las tiras de cobre expuestas. El siguiente paso consiste en crear una cavidad de sujeción para las pastas de carbono, utilizando cinta ABL melanox que contiene un adhesivo acrílico sensible a la presión en un solo lado, en el patrón utilizado previamente para las tiras de electrodo. Ahora coloque la cinta sobre las tiras de electrodo ablatadas.

Comprima la cinta para asegurar una conexión adecuada. Luego, ablate la cinta melin X de doble cara y alinee la cinta para permitir la unión entre las matrices de microagujas y las matrices de electrodos de pasta de carbono. Mezcle 10 miligramos de glucosa oxidasa y 2,2 miligramos de polietileno amina hasta obtener una pasta de carbono sensible a la glucosa homogénea.

Luego agregue 60 miligramos de rodio sobre polvo de carbono y mezcle con 40 miligramos de aceite mineral. Almacene la pasta a cuatro grados Celsius para la pasta de carbono sensible al pH. Mezcle 30% de aceite mineral y 70% de polvo de grafito. Utilizando un trozo delgado de plástico como llana, rellene la cavidad del electrodo con la pasta hasta obtener una superficie lisa.

Repita con un segundo barquillo de pesado limpio hasta que se elimine la pasta en exceso. Luego lave con agua desionizada. A continuación, coloque una gota de 20 microlitros de solución recién preparada de azul rápido sobre el electrodo de pasta compactada.

Tras un período de incubación de 30 minutos, enjuague con agua desionizada para la pasta de carbono sensible al lactato. Combine 2,5 miligramos de rodio sobre polvo de carbono con 2,5 miligramos de lactato oxidasa. Alterne entre cinco minutos de sonicación y cinco minutos de vortexeo durante cinco ciclos.

Proceda a empacar la pasta en la cavidad del electrodo. Finalmente, enjuague con agua desionizada para detectar lactato. Mida la respuesta crono y paramétrica del sensor y registre la corriente después de 15 segundos para detectar glucosa.

Mida la respuesta cronoandríca del sensor para crear las curvas de calibración para los sensores de lactato y glucosa sucesivamente. Añada el analito respectivo antes de las mediciones cronoandrícas y paramétricas. Alternativamente, realice mediciones cronoandrícas y paramétricas a potencial fijo mientras se agita.

Permita tiempo suficiente entre cada adición de analito para que la corriente se estabilice. Para monitorear el pH, realice barridos voltamétricos cíclicos y registre las posiciones de los valores del potencial pico oxidativo; cree curvas de calibración de pH midiendo la posición del potencial pico oxidativo en los voltamogramas cíclicos registrados a lo largo de una serie de valores de pH conocidos. El proceso de construcción de un sensor basado en microneedles multiplexados comienza con el diseño del arreglo de microneedles en SolidWorks y luego con el diseño de las estructuras de soporte en RP 13 de magic.

Estas micrografías electrónicas de barrido muestran una matriz de microagujas y una microaguja individual dentro de esta matriz. La plataforma sensora del sensor basado en microagujas se crea mediante ablación láser para formar las matrices de electrodos en el cable plano y flexible, y posteriormente rellenando estas matrices con pasta de carbono. Se presentan las reacciones electrocatalíticas para glucosa y lactato junto con los parámetros de funcionamiento para la detección.

Esta calibración típica de la pasta sensible al lactato con escaneos cronometrícos de 15 segundos muestra cada aumento de corriente correspondiente a una adición de dos milimoles por litro de lactato. Se utiliza un único escaneo cronometríco continuo mientras se monitorea la calibración de glucosa del sensor, la cual se realiza agregando concentraciones de glucosa y luego permitiendo que la corriente se estabilice. Este esquema muestra las reacciones electrocatalíticas para la detección de acidez; aquí, los gramos cíclicos en la microaguja sensible al pH en tampón fosfato 0,1 molar se muestran en cuatro soluciones diferentes con valores de pH que varían de cinco a ocho en incrementos de una unidad.

Dado que el potencial del pico oxidativo se desplaza con el aumento de los valores de pH, este fenómeno se utiliza como indicador del valor de pH. Una vez dominado, este dispositivo puede fabricarse adecuadamente en dos días. Al realizar este procedimiento, es importante tener en cuenta que los distintos tipos de carbono no conservarán su selectividad si se mezclan entre sí.

Tras seguir este procedimiento, se puede añadir carbono selectivo adicional a la matriz de electrodos para monitorear otros analitos en la piel. El desarrollo de este dispositivo podría allanar el camino para que los investigadores en el campo de los sensores portátiles realicen diagnósticos médicos y exploren preguntas fundamentales de ciencias biomédicas.