Name: Hollow Microneedle basado en sensores para la detección electroquímica multiplexado transdérmica (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-06-01T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 19 s
Description: Aprende a fabricar sensores de microneedles huecos para detección electroquímica transdérmica multiplexada de analitos. Este método permite monitoreo mínimamente invasivo en tiempo real con aplicaciones biomédicas.

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Sandia es un laboratorio multiprograma operado por Sandia Corporation, una compañía de Lockheed Martin, para el Reino Dicho Departamento de Nacional de Energía Nuclear Security Administration bajo el contrato DE-AC04-94AL85000. Los autores agradecen la financiación del Laboratorio Nacional de Sandia Laboratories Dirección de Investigación y Desarrollo (LDRD) del programa.

1. Fabricación Microneedle <ol><li> Uso de modelado tridimensional software de SolidWorks (Dassault Systèmes SA, Vélizy, Francia), el diseño de una matriz de forma piramidal de microagujas huecas (Figura 1) 3-5. </li><li> Diseñar una estructura de apoyo para la matriz de microagujas con Magics RP 13 software (Materialise NV, Lovaina, Bélgica). La estructura de soporte permite que la resina para drenar desde el dispositivo durante la fabricación y proporciona una base sobre la cual las microagujas están construidos. Una estructura de soporte ejemplo se muestra en la Figura 1. </li><li> El apoyo vinculados y archivos de la matriz de microagujas se cargan en el software Perfactory RP (EnvisionTEC GmbH, Gladbeck, Alemania), que controla el proceso de fabricación. Dentro de este paquete de software, seleccione el número de matrices de microagujas que se fabrican y determinar la colocación de dispositivos en la placa de fabricación. </li><li> Ejecute la calibración en el modo de ultravioleta a 180 mW para el pr Perfactory rápidasistema de ototyping de fabricación y verificar la desviación de la energía es de ± 2 mW. </li><li> Una vez que la fabricación, retire las matrices de microagujas de la placa base y desarrollar en isopropanol durante 15 minutos. Seque las matrices con aire comprimido y curar las microagujas a temperatura ambiente durante 50 segundos en el Sistema de Otoflash postvulcanizado (EnvisionTEC GmbH, Gladbeck, Alemania) para asegurar la polimerización completa. </li><li> Validar la fabricación de microagujas a través de microscopía y verifique que cada agujero de microagujas es hueco y sin obstrucciones. Microagujas totalmente fabricados se muestra en la Figura 2. </li></ol> 2. Fabricación de Matrices electrodo de pasta de carbono <ol><li> Utilizar un 60 Modelo W 6,75 CO 2 de trama / vector de sistema láser (Universal Laser Systems, Inc., Phoenix, AZ) para cortar agujeros y exponer los subyacentes individualmente direccionables que conectan los cables de cobre en un cable plano flexible (21.039-0.249), que fue obtenida de una fuente comercial (MoLex conector Corp., Lisle, IL) (Figura 3 (A y B)). Coloque los cables flexibles planas en una plantilla para alinear apropiadamente en la placa de ablación con láser. Utilizar un enfoque de barrido para crear cavidades 500 m de diámetro en la porción aislante del cable flexible. Patrones para la ablación se crean en CorelDraw (Corel, Ottawa, Ontario) y se envía al sistema de láser. </li><li> Limpie los cables flexibles planos modificados con un aerógrafo que la acetona aerosoles a 40 psi. Terminar la limpieza ellos por aclarado con agua desionizada y el isopropanol. Compruebe bajo un microscopio que ninguna película aislante permanece sobre las tiras de cobre expuestas. </li><li> El siguiente paso es crear una cavidad sujeción para el envasado de pastas de carbono. Cinta Melinex (0,002 &quot;de espesor recubierta por una sola cara con adhesivo acrílico sensible a la presión) se realiza la ablación con el mismo patrón que las tiras de los electrodos, orientados sobre las tiras de electrodos ablacionadas y comprimidos a 3000 psi durante 2 minutos para asegurar una conexión adecuada. En esta case, el diámetro de la cavidad es de 750 micras. </li><li> Una capa adicional de cinta Melinex (0,004 &quot;de espesor recubierta por dos lados con adhesivo acrílico sensible a la presión) posteriormente se realiza la ablación en el mismo patrón que la cinta adhesiva de una sola cara y se utiliza después de la alineación para unir las matrices de microagujas a las matrices de electrodos de carbono pasta . </li></ol> 3. Síntesis de las pastas de carbono funcionales y embalaje de la caries de electrodos <ol><li> La pasta de glucosa carbono sensible se basa fuera de una receta anterior y se obtiene mezclando 10 mg de glucosa oxidasa y 2,2 mg de poli (etilenimina) hasta obtener una mezcla homogénea. 16 A esta mezcla, 60 mg de rodio sobre carbón en polvo ( 5% de carga), se añade. 40 mg de aceite mineral se añade y se mezcla posteriormente. Las pastas se almacenan a 4 ° C hasta su uso; las pastas se utilizan hasta una semana después de la preparación. </li><li> La pasta de pH sensible carbono se obtiene por mezcla de aceite mineral al 30% (w / w) y 70% (w / w), grafito powder. Paquete de pegar en la cavidad del electrodo, como se describe en la sección 3.4. Hacer solución de 10 mM de sal Fast Blue RR diazonio (4-benzoilamino-2 ,5-dimethoxybenzenediazonium cloruro hemi (cloruro de zinc) sal) en 0,5 M de ácido fosfórico. 17, Coloque una caída de 20 l de esta solución sobre el electrodo de pasta de envasado para 30 minutos para chemisorb espontáneamente el Fast Blue sal de diazonio de relaciones públicas. Enjuagar con agua desionizada y tienda en tampón o agua desionizada cuando no esté en uso. </li><li> La pasta de lactato de carbono sensible se basa fuera de una receta anterior y se obtiene mezclando 2,5 mg de rodio sobre carbono en polvo y 2,5 mg de lactato oxidasa, alternando entre 5 minutos de sonicación y 5 minutos de agitación durante cinco rotaciones. 18 </li><li> Embalaje de las pastas modificados en el preparado del cable plano flexible se logra mediante la aplicación de las pastas respectivos sobre las cavidades de los electrodos. Usando una fina pieza de plástico (por ejemplo, un borde de un plástico pesan barco) como una paleta y t paqueteél pega hasta una superficie lisa se logra. Repita el proceso con un segundo barco limpio de pesaje hasta que la pasta se elimina el exceso. Lavar con agua desionizada. Un esquema que muestra la ablación con láser para crear cavidades, envasado de pastas de carbono, y la integración microaguja (descrito en la sección 2 y 3) se presenta en la Figura 3. </li></ol> 4. La detección y la calibración del sensor <ol><li> Detección de lactato se logra mediante la medición de la respuesta del sensor chronoamperometric a -0,15 V y grabación de la corriente después de 15 segundos en 0,1 M de tampón fosfato (pH = 7,5). Figura 4 (a) contiene un esquema de la reacción electrocatalítica para la detección de lactato . </li><li> Detección de glucosa se ​​realiza de una manera similar mediante la medición de la respuesta del sensor chronoamperometric a -0,05 V y grabación de la corriente después de 15 segundos en tampón fosfato 0,1 M (pH 7,0). Figura 4 (b) contiene un esquema de la reacción electrocatalítica para detection de glucosa. </li><li> pH se controla mediante la ejecución cíclicos exploraciones voltamétricos desde -0,7 V a 0,8 V a 100 mV / s, y registrar la posición del pico de potencial oxidativo. Un esquema de las reacciones redox para la detección del pH se muestra en la Figura 5. </li><li> Las curvas de calibración para la glucosa y lactato sensores pueden ser creados por adiciones sucesivas de la analito respectivo; mediciones chronoamperometric se realiza después de cada adición analito como se describe en las secciones 5.1 y 5.2. Por otra parte, las mediciones fijas chronoamperometric potenciales se pueden hacer con agitación al tiempo que permite un tiempo suficiente (aproximadamente 10-100 segundos) entre cada adición analito para la estabilización actual. </li><li> Las curvas de calibración de pH puede ser creada mediante la medición de la posición del pico de potencial oxidativo durante una serie de valores de pH conocidos de 5 a 8 en incrementos de 1,0 unidad de pH y registrar voltamogramas cíclicos como se describe en la sección 5.3. </li></ol> 5. Representante Reresultados Al obtener curvas chronoamperometric (por ejemplo, para la detección de glucosa o la detección de lactato) en soluciones quiescentes con carbono modificada pega-llenos microagujas, la corriente disminuirán inmediatamente tras la aplicación del potencial de detección respectivo. Con el tiempo se reduzca a un valor de estado estacionario. Un resultado representativo se muestra en la Figura 6; este resultado se obtuvo a partir de 2 adiciones mM de lactato y de grabación a la microaguja lactato. La solución debe ser brevemente agitó después de cada adición de lactato. La corriente después de 15 segundos se eleva al aumentar la concentración de lactato; la respuesta de corriente puede ser utilizado para determinar la concentración de lactato en una solución desconocida. Alternativamente, la vigilancia continua puede ser utilizada en una solución agitada (o en una solución que fluye) como se demuestra por una solución con una concentración de glucosa en aumento (Figura 5). De nuevo, el aumento en la corriente al aumentar tque la concentración de glucosa puede ser utilizada para normalizar la respuesta de la glucosa a una solución desconocida. Tiempo suficiente se debe permitir que después de cada espiga con el fin de permitir que la solución se estabilice. Voltamogramas cíclicos en la microaguja sensible al pH en tampón fosfato 0,1 M se muestran más de cuatro soluciones diferentes de pH de 5 a 8 en incrementos de 1 unidad de pH en la Figura 6. Los cambios oxidativos pico potenciales con el aumento del pH; este fenómeno se utiliza como un indicador del valor del pH. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/4067/4067fig1.jpg" /> Figura 1. Imágenes del archivo STL de la matriz de microagujas creado en Solidworks (A) y de la pantalla de impresión, que muestra la estructura de soporte (B). <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/4067/4067fig2.jpg" /> Figura 2. Micrografías electrónicas de barrido de la matriz de microagujas (A) y una microaguja único dentro de esta matriz (B). Figura 3. Esquema de montaje de cable plano flexible. Los pasos implicados incluyen la modificación del cable plano flexible (A), la ablación de los círculos estampados (B), añadiendo el inicialmente ablated capa Melinex, que está lleno con carbón pasta (C), así como la adición de la segunda capa ablacionada Melinex y acoplar el matriz de microagujas (D). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4067/4067fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver más grande la figura</a> . <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/4067/4067fig4.jpg" /> Figura 4. Calibración de lactato-sensible pasta con 15 exploraciones segundo chronoamperometric a -0,15 V en 0,1 M de tampón fosfato (pH = 7,5). Cada aumento de la corriente corresponde a una adición de 2 mM de lactato. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/4067/4067fig5.jpg" /> Figura 5. </sTrong Calibración&gt; de pasta sensible a la glucosa ejecutando exploraciones chronoamperometric a -0,05 V. Cada disminución de la respuesta corresponde a una adición de 2 mM de glucosa. El 0,1 M de fosfato solución tampón (pH = 7,0) se agitó durante la calibración. Externa de Ag / AgCl y Pt referencia y electrodos de contador se utilizaron en este estudio. <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/4067/4067fig6.jpg" /> Figura 6. Voltamograma cíclico (CV) de carbono, sensible al pH pega en tampón fosfato 0,1 M pH durante 5-8 en incrementos de 1 unidad de pH (pH 8,0 = verde azulado, verde = pH 7,0, púrpura = pH 6,0, rojo = pH 5,0). Un CV quinto se usó para el análisis en comparación con referencia Ag / AgCl y electrodos de Pt de alambre de venta libre.

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<li>Wang, J., Liu, J., Chen, L., Lu, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+selective+membrane-free%2C+mediator-free+glucose+biosensor%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Highly selective membrane-free, mediator-free glucose biosensor.</a> Anal. Chem. 66, 3600-3603 (1994).</li>
<li>Makos, M. A., Omiatek, D. M., Ewing, A. G., Heien, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+characterization+of+a+voltammetric+carbon-fiber+microelectrode+pH+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Development and characterization of a voltammetric carbon-fiber microelectrode pH sensor.</a> Langmuir. 26, 10386-10391 (2010).</li>
<li>Wang, J., Chen, Q., Pedrero, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+selective+biosensing+of+lactate+at+lactate+oxidase+containing+rhodium-dispersed+carbon+paste+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem.+Acta%22%5BJournal%5D)">Highly selective biosensing of lactate at lactate oxidase containing rhodium-dispersed carbon paste electrodes.</a> Anal. Chem. Acta. 304, 41-46 (1995).</li>
</ol>

No hay conflictos de interés declarado.

Múltiples aspectos del diseño de este sensor de microagujas basado fueron considerados antes de la fabricación del dispositivo. Para poder utilizar este sensor de detección en tiempo real, el tiempo de respuesta del sensor debe ser baja, en este protocolo, cada sensor de prueba mostraron un tiempo de respuesta por debajo de quince segundos. Las pastas se utilizan en este protocolo fueron elegidos también por su selectividad en vivo en ambientes que contienen biomoléculas electroactivos que pueden interferir con...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nombre del reactivo </td><td> Empresa </td><td> Número de catálogo </td></tr><tr><td> Cable plano flexible </td><td> Molex </td><td> 3302/10SF </td></tr><tr><td> 0.003 &quot;Side cinta adhesiva </td><td> Melinex </td><td></td></tr><tr><td> 0.004 &quot;cinta de doble cara </td><td> Melinex </td><td></td></tr><tr><td> Lactato oxidasa </td><td> Sigma </td><td> L0638 </td></tr><tr><td> La glucosa oxidasa </td><td> Sigma </td><td> G7141 </td></tr><tr><td> Rodio sobre carbono </td><td> Sigma </td><td> 206164 </td></tr><tr><td> El polvo de grafito </td><td> Sigma </td><td> 385031000 </td></tr><tr><td> poli (etilenimina) </td><td> Acros </td><td> 178570010 </td></tr><tr><td> Aceite mineral </td><td> Sigma </td><td> M5904 </td></tr><tr><td> Glucosa </td><td> Sigma &lt;/ Td&gt; <td> G8270 </td></tr><tr><td> Lactato </td><td> Sigma </td><td> L1750 </td></tr><tr><td> Fast Blue RR sal </td><td> Sigma </td><td> F0500 </td></tr><tr><td> e-Shell 300 </td><td> EnvisionTEC </td><td></td></tr><tr><td> e-Shell 200 </td><td> EnvisionTEC </td><td></td></tr><tr><td> Ag / AgCl electrodo de referencia </td><td> Basi </td><td> MF-2052 </td></tr><tr><td> Pt de alambre </td><td> Basi </td><td></td></tr><tr><td> PGSTAT12 AutolabPotentiostat </td><td> EcoChemie </td><td></td></tr><tr><td> Perfactory RP </td><td> EnvisionTEC </td><td></td></tr><tr><td> Ottoflash postvulcanizado sistema de </td><td> EnvisionTEC </td><td></td></tr><tr><td> El ácido fosfórico </td><td> Pescador </td><td> A366-4 </td></tr><tr><td> 60W Modelo 6.75 de CO 2 raster / vector de sistema láser </td><td> UniversidadSal Laser Systems </td><td> PLS6.75 </td></tr><tr><td> CorelDraw </td><td> Corel </td><td></td></tr><tr><td> Solidworks </td><td> Dassault Systemes </td><td> 2009 </td></tr><tr><td> Magics RP13 </td><td> Materialise </td><td></td></tr></tbody></table>

hollow microneedle basado en sensores para la detección electroquímica multiplexado transdérmica

Hollow Microneedle-based Sensor for Multiplexed Transdermal Electrochemical Sensing

El desarrollo de un sistema de monitorización mínimamente invasiva multiplexado para el análisis rápido de las moléculas biológicamente relevantes podrían ofrecer a las personas que sufren de condiciones médicas crónicas evaluación fácil de su estado fisiológico inmediato. Además, podría servir como una herramienta de investigación para el análisis de las condiciones médicas complejas, multifactoriales. A fin de que dicho sensor multianalítico a ser realizado, debe ser mínimamente invasiva, el muestreo de líquido intersticial debe ocurrir sin dolor o daño para el usuario, y el análisis debe ser rápido, así como selectiva. Inicialmente desarrollado para el dolor sin la administración de fármacos, microagujas han sido utilizados para entregar vacunas y agentes farmacológicos (por ejemplo, insulina) a través de la piel. 1-2 Puesto que estos dispositivos acceder al espacio intersticial, microagujas que se integran con microelectrodos se puede utilizar como transdérmica electroquímicas sensores. Detección selectiva de la glucosa, glutamato, lactato, hácido peróxido ydrogen, y ascórbico se ha demostrado utilizando electrodos integrados microaguja-dispositivos con fibras de carbono, modificados pastas de carbono, y revestidos de platino-microagujas polímeros que sirven como elementos de transducción. 3-7,8 Esta tecnología de sensores de microagujas ha permitido un enfoque novedoso y de análisis sofisticado para la detección in situ y simultánea de múltiples analitos. Multiplexación ofrece la posibilidad de monitorear microambientes complejos, que son de otra manera difícil de caracterizar de una manera rápida y mínimamente invasiva. Por ejemplo, esta tecnología podría ser utilizada para el control simultáneo de los niveles extracelulares de, glucosa, lactato y pH 9, que son importantes indicadores metabólicos de estados de enfermedad 7,10-14 (por ejemplo, cáncer de proliferación) y acidosis inducida por el ejercicio. 15

Este artículo detalla la construcción de un multiplexado basado en el sensor de microagujas. El dispositivo está siendo desarrollado para el muestreo in situ y el análisis electroquímico de múltiples analitos en una manera rápida y selectiva. Tenemos la visión de la medicina clínica y la investigación biomédica utiliza para estos sensores de microagujas basadas en.

Hollow Microneedle basado en sensores para la detección electroquímica multiplexado transdérmica

El desarrollo de un sistema de monitoreo multiplexado mínimamente invasivo para el análisis rápido de moléculas biológicamente relevantes podría ofrecer a las personas...

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 micromaquinado 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 ventaja principal 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

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Investigación

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Bioengineering

Bioingeniería

Fuente: Vanegas, M. I., et al. Sistema Microinjectrode para infusión combinada de fármacos y electrofisiología. J. Vis. Exp. (2019)Este video muestra un dispositivo microfluídico basado en microelectrodos que administra una solución farmacológica a través de un tubo capilar, utilizando una solución marcadora a base de aceite para un seguimiento preciso del volumen y permitiendo el registro neuronal simultáneo y la infusión de fármacos.

Sistema de microinyección basado en microfluidos para infusión combinada de fármacos y electrofisiología

Aquí, presentamos un protocolo que describe un proceso de fabricación sin moho de las microagujas poliméricas por fotolitografía.

Fabrication polimérico matriz de microagujas por fotolitografía

Demostramos la fabricación, calibración y propiedades de dos tipos de microelectrodos selectivos de iones (de doble cañón y concéntricos) para la medición de concentraciones de iones en el tejido cerebral. A continuación, se utilizan en la preparación del corte del hipocampo del ratón para demostrar que la actividad excitatoria cambia las concentraciones extracelulares de potasio y sodio.

Los microelectrodos de dos cañones y concéntricos para la medición de extracelular Ion señales en el tejido cerebral

Demostramos una plataforma de microfluidos con una red de electrodo de superficie integrado que combina detección de pulso resistivo (RPS) con división de código de acceso múltiple (CDMA), para multiplexar la detección y el tamaño de las partículas en múltiples canales de microfluidos.

Plataforma de microfluidos con multiplexado de detección electrónica para el seguimiento espacial de las partículas

Una plataforma de biosensores de microfluídica fue diseñada y fabricado utilizando la tecnología de fotoresistencia de película seca de bajo costo para la cuantificación rápida y sensible de diversos analitos. Este sistema de uso único permite la lectura electroquímica de sobre-chip-inmovilizado análisis enzima-ligado mediante la técnica de stop-flow.

Seca de la película basada en la fotoresistencia el Biosensor electroquímico de microfluidos plataforma: Fabricación de dispositivo, preparación del análisis de la en-viruta y el funcionamiento del sistema

El método de fabricación de finos electrodos interdigitados (espacio y ancho: 20 μm) en la punta de una aguja hipodérmica (diámetro: 720 μm) se demuestra mediante una capa de aerosol y la fotomáscara película flexible en el proceso de fotolitografía.

Fabricación de electrodos finos en la punta de la aguja hipodérmica con capa de aerosol de la fotoresistencia y Photomask Flexible para aplicaciones biomédicas

Aquí, presentamos un protocolo para la detección y cuantificación de moléculas abundantes bajas en soluciones complejas usando molecular imprinting en combinación con un biosensor de capacitancia.

Detección ultrasensible de biomarcadores utilizando una impresión Molecular basado Biosensor capacitiva

El manuscrito presenta un sensor de pH implantable en miniatura con salida inalámbrica modulada ASK junto con un circuito receptor totalmente pasivo basado en diodos Schottky de sesgo cero. Esta solución se puede utilizar como base en el desarrollo de dispositivos de terapia de electroestimulación calibrada in vivo y para la monitorización ambulatoria del pH.

Construcción de un sensor implantable endoscópicamente habilitado para la tecnología inalámbrica para el monitoreo del pH con receptor basado en diodo Schottky de sesgo cero

Aquí se presenta un método para fenotipar mecánicamente células individuales utilizando una plataforma microfluídica basada en electrónica llamada detección mecano-nodo-poro (mecano-NPS). Esta plataforma mantiene un rendimiento moderado de 1-10 células/s mientras mide las propiedades biofísicas elásticas y viscosas de las células.

Detección de poro de nodo mecánico: una plataforma rápida y sin etiquetas para mediciones viscoelásticas unicelulares multiparamétricas

El presente trabajo pretende servir como una guía práctica que permita a los investigadores preparar sus propios dispositivos DMAP utilizando el método de colada con disolventes, también conocido como micromoldeo, y realizar caracterizaciones básicas.

Parches de matriz de microagujas disolvibles fabricados mediante técnica de colada con disolventes y caracterización esencial de dispositivos biomédicos basados en microagujas

Aprende a fabricar sensores de microneedles huecos para detección electroquímica transdérmica multiplexada de analitos. Este método permite monitoreo mínimamente invasivo en tiempo real con aplicaciones biomédicas.

Hollow Microneedle basado en sensores para la detección electroquímica multiplexado transdérmica

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