Name: Fabricación y caracterización de un sistema electrónico conforme de la piel-como para la gestión cuantitativa, cutánea de la herida (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-09-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 50 s
Description: Aprende a fabricar un dispositivo electrónico conforme tipo piel para el monitoreo cuantitativo de heridas cutáneas. Este sistema biomédico permite la adquisición de datos en tiempo real de temperatura y conductividad térmica tisular.

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Este trabajo fue apoyado por la financiación de inicio de la Escuela de Ingeniería de la Universidad Commonwealth de Virginia y de algunos de los dispositivos electrónicos se prepararon en las instalaciones de microfabricación en el Virginia Microelectrónica Centro Wright. Reconocemos los investigadores que hicieron contribuciones para el dispositivo y los datos clínicos (Figuras 3 y 5 de este documento), adquirido de la nota publicada el 10. W.-HY gracias Yoshiaki Hattori para el software de grabación de datos a medida.

Los experimentos para la fabricación de dispositivos, la laminación de la piel, y la caracterización muestran en las Figuras 1, 2, y 4 participan dos voluntarios, todos realizados en el Laboratorio de Nanoingeniería interconectado-Bio en la Virginia Commonwealth University (VCU), Richmond, VA, EE.UU.. Este estudio fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional VCU (número de protocolo: HM20001454) y siguió las directrices de investigación de la investigación humana del VCU. Los datos del dispositivo y clínicos que se muestran en las figuras 3 y 5 fueron adquiridas desde el artículo publicado el 10, donde se llevaron a cabo los experimentos en pacientes bajo el protocolo (número: STU69718) aprobado por la Junta de Revisión Institucional, Northwestern University, Chicago, IL, EE.UU.. 1. Dispositivo Fabrication NOTA: La Figura 2 presenta ilustraciones esquemáticas para el proceso general de fabricación. <ol><li> Preparar un sustrato portador<ol><li> Cortar un desnudo 3 en el silicio (Si) de la oblea en el tamaño deseado de la electrónica mediante el uso de una cuchilla de diamante. NOTA: Alrededor de la mitad oblea de Si da un tamaño ideal para el dispositivo de la herida. </li><li> Desengrasar oblea de Si con acetona y alcohol isopropílico (IPA). Enjuague la oblea con desionizada (DI) y luego seca con nitrógeno y se deshidratan en una placa caliente a 110 ° C durante 3 min. </li><li> Preparar 11 g de polidimetilsiloxano (PDMS) con mezcla 10: 1 relación de volumen de base y agente de curado y desgasificar la mezcla en una cámara de vacío durante una hora. NOTA: PDMS se utiliza para una recuperación de patrón seco y transferir la impresión después de la microfabricación, que es preferible a la química húmeda (acetona) Enfoque basado en el estudio anterior 7. </li><li> Girar la capa 5 g de solución de PDMS mixta sobre la oblea a 3.000 rpm durante 1 min y curar completamente en una placa caliente a 150 ° C durante 30 min. </li></ol></li><li> Materiales de depósito y la electrónica de patrones <ol><li> Tratar el PDMS-coblea oated con luz ultravioleta (UV) / ozono mediante el uso de una lámpara UV (8,9 mW / cm 2) durante 3 min para hacer la superficie hidrófila. NOTA: La superficie hidrófila ofrece revestimiento uniforme de capas adicionales sobre el PDMS. </li><li> Spincoat poliimida (PI; 2 ml) sobre las PDMS oblea recubiertas, mediante pipeteo, a 4.000 rpm durante 1 min para formar una capa de 1,2-micras de espesor, pre-hornear en una placa caliente a 150 ° C durante 5 min, y post- hornear a 250 ° C durante 2 hr. </li><li> Depósito de cromo (Cr) para formar una capa de 20 nm de espesor y, a continuación depósito de cobre (Cu) para formar una capa de 3 micras de espesor mediante el uso de haz de electrones (e-beam) de evaporación (presión de base: ~ 1 × 10 -7 Torr , presión de deposición: ~ 1 × 10 -6 Torr, velocidad de depósito: 1 a 5 Å / s). Supervisar el espesor de la película por la interfaz de controlador de deposición incrustado en el evaporador. NOTA: La capa gruesa de Cu proporciona suficientes niveles de conductividad eléctrica de las resistencias a microescala del dispositivo y la capa delgada Crse utiliza para promover la adhesión entre PI y Cu. </li><li> Spincoat un fotoprotector (2 ml) con tres pasos a 900 rpm durante 10 sec, 1.100 rpm durante 60 sec, y 4000 rpm durante 20 seg y luego curar en una placa caliente a 75 ° C durante 30 min. NOTA: Los pasos secuenciales descritos anteriormente se utilizaron para depositar una gruesa (&gt; 10 micras) fotoprotector. </li><li> Alinear Cu patrones electrónicos (sensores; diseño fractal &#39;Peano&#39; con 35 micras de anchura y las interconexiones; diseño de malla serpentina abierto con 50 micras de anchura) en el centro de la oblea de Si mediante el uso de un alineador de UV (potencia: 10 mW / seg) con el tiempo de exposición de 25 s. NOTA: Las estructuras fractales se utilizan para proporcionar capacidad de estiramiento mecánico superior, en comparación con características meramente serpenteantes 14. </li><li> Desarrollar la fotoprotección en un desarrollador de base diluida (1: 2 de desarrollador y DI agua) durante un minuto, enjuague con agua DI, y secar con nitrógeno. Inspeccione los patrones fractales (Cu e interconexiones) usando un microalcance para confirmar el tamaño de la característica y encontrar cualquier defecto de partículas. NOTA: Si hay algunos defectos no deseados, luego retire fotoprotector de un enjuague con agua acetona / IPA / DI. Después de secar con nitrógeno, repita los pasos de 1.2.4 a 1.2.6. </li><li> Etch la capa de Cu sobre la oblea de Si mediante la inmersión en una solución de ataque químico húmedo para ~ 6 min (10 ml; mezcla de persulfato de amonio y agua en proporción de 1: 4; velocidad de ataque de 8 nm / seg en 40 ° C), de enjuague con agua DI, y secar con nitrógeno. Inspeccione los patrones de uso de un microscopio para cualquier patrón sobre-grabadas. NOTA: Si los patrones están grabados sobre-, puede causar bordes afilados no deseados de las características, que podrían conducir a la fractura mecánica durante la manipulación del dispositivo y proceso de lavado. Los resultados de las pruebas anteriores mostraron que más de ~ 20% sobre el grabado de los patrones originales causó los problemas antes mencionados. </li><li> Grabe la capa de Cr con el grabado por iones reactivos (RIE; presión: 300 mTorr, potencia: 200 W, CF 4 de gas: 5 sccm, gas O2: 10 sccm) durante 5 min. Inspeccione los patrones. NOTA: Para el grabado de la capa de Cr, el proceso RIE es preferible mojar ataque químico que causa la reacción desfavorable con la capa de Cu. </li><li> Retire el fotoprotector permanecido en las capas de metal por inmersión de la oblea en acetona (10 ml), IPA (10 ml) y agua DI (20 ml), respectivamente. A continuación, secar con nitrógeno. </li><li> PI Spincoat (2 ml) en el metal depositado de la oblea, por pipeteo, a 4000 rpm durante 1 min para formar una capa de 1,2-micras de espesor, pre-hornear en una placa caliente a 150 ° C durante 5 min, y después de hornear a 250 ° C durante 2 hr. </li><li> Spincoat un fotoprotector (2 ml) con tres pasos a 900 rpm durante 10 sec, 1.100 rpm durante 60 sec, y 4000 rpm durante 20 seg y luego curar en una placa caliente a 75 ° C durante 30 min. </li><li> Alinear los patrones de PI para encapsular la electrónica de Cu (sensores, diseño fractal &#39;Peano&#39; con 35 micras de ancho y las interconexiones; diseño de malla serpentina abierto con 250micras de ancho) con los fractales Cu predefinidos e interconexiones mediante el uso de un alineador de UV (potencia: 10 mW / seg) con el tiempo de exposición de 25 seg. </li><li> Desarrollar el fotoprotector con un revelador diluido (1: 2 de desarrollador y agua DI) por un minuto, enjuague con agua DI, y secar con nitrógeno. Inspeccione los patrones de uso de un microscopio para confirmar el tamaño de la característica y encontrar cualquier defecto de partículas. NOTA: Si hay algunos defectos no deseados, luego retire fotoprotector de un enjuague con agua acetona / IPA / DI. Después de secar con nitrógeno, repita los pasos desde 01/02/10 hasta 01/02/13. </li><li> Grabe la capa PI con RIE (presión: 170 mTorr, potencia: 150 W, gas O2: 20 sccm) durante 25 min. Inspeccione los patrones. </li><li> Retire el fotoprotector permanecido sumergiendo la oblea en acetona (10 ml), IPA (10 ml) y agua DI (20 ml), respectivamente. A continuación, secar con nitrógeno. </li></ol></li><li> Preparar una membrana elastomérica <ol><li> Preparar una 10 g de encapsular mezcla de silicona (1:Relación de 1 volumen de base y agente de curado) y añadir una tinta negro 15 con relación uno a uno volumen, que es para facilitar las mediciones de control de variación de la temperatura en la piel utilizando una cámara de infrarrojos. NOTA: La silicona utilizada (caucho de encapsulación claro) ofrece características únicas de baja viscosidad, claridad óptica, y el aislamiento eléctrico / protección al dispositivo 16. </li><li> Spincoat 8 g de la mezcla en una placa de Petri a 150 rpm durante 1 min para formar una membrana elastomérica de grosor 500 micras y cura a temperatura ambiente durante O / N. Nota: El material tiene que ser colocado sobre una superficie plana para el espesor uniforme. </li><li> Cortar la membrana en el tamaño deseado de 70 mm x 30 mm utilizando una hoja de afeitar afilada y suavemente separarla de la placa de Petri. </li></ol></li><li> Recuperar y transferir la electrónica <ol><li> Cortar una cinta soluble en agua (25 mm x 80 mm) y laminar con cuidado sobre los patrones electrónicos fabricados y colocarlos en una placa caliente a 130 ° Cdurante 3 min. NOTA: la elevación de temperatura se expande la capa de PDMS en la oblea de Si para ayudar a la disociación de los patrones electrónicos de la superficie. </li><li> Separe la cinta rápidamente del PDMS / oblea de Si para recuperar los patrones electrónicos. </li><li> Depositar un 20 nm de espesor Cr (para la adhesión), seguido por un 50 nm de espesor de dióxido de silicio (SiO 2) en los patrones recuperados por evaporación por haz de electrones. </li><li> Tratar UV / ozono mediante el uso de la lámpara UV (365 nm, 8,9 mW / cm 2) en la membrana de silicona blanco de 2 min para activar la superficie. </li><li> La transferencia de los patrones a la membrana de silicona mediante la colocación de los patrones recuperados en la cinta a la ubicación deseada y de manera uniforme la adición de presión de un lado superior de los patrones hasta el sustrato. Aplicar agua para disolver la cinta durante 5 min. NOTA: El proceso descrito de transferencia de materiales se ve facilitada por la unión covalente (Si-O-Si) entre el dióxido de silicio depositado y el sustrato de silicona UV-17 activado </sarriba&gt;. </li><li> Despegue la cinta, enjuague con agua DI, y seco en una placa caliente a 90 ° C durante 1 min. </li></ol></li><li> Encapsular el dispositivo usando una membrana de silicona <ol><li> Preparar un 10 g de encapsular mezcla de silicona (1: 1 relación de volumen de base y agente de curado). </li><li> Cubra los terminales de contacto del cable con un pedazo de PDMS rectangular (22 x 6 x 1 mm 3) de Van der Waals con la membrana de silicona inferior, para evitar silicona recubrimiento de las almohadillas. </li><li> Spincoat 5 g de la mezcla de silicona a 4.000 rpm durante 1 min para formar una capa gruesa 5 micras en la electrónica y luego transferidos curan a temperatura ambiente durante O / N. </li></ol></li><li> Conecte un cable de cinta flexible para la adquisición de datos <ol><li> Aplicar flujo de acero líquido (0,5 ml), con la pipeta, en los conectores planos durante 3 segundos para hacer superficie limpia. </li><li> Bond un cable plano delgado y flexible en los puntos de contacto con la presión a alta temperatura (&gt; 60 ° C). Un straightene pelo típicor ofrece un fácil manejo y unión. NOTA: El cable micro-película es preferible a la soldadura sin alambre duro convencional para evitar cualquier fractura mecánica de las membranas metálicas transferidos en una silicona. </li><li> Compruebe la conexión eléctrica con un multímetro digital. Se espera que el valor de la resistencia de menos de 1 ohmio entre la almohadilla de sensor con un extremo y el otro extremo del cable de película (Distancia: ~ 1 cm de separación). </li><li> Unir el otro extremo del cable de cinta a una placa de circuito impreso personalizado con la misma estrategia descrita en el paso 1.6.2. </li><li> Compruebe la conexión eléctrica con un multímetro digital. </li><li> Conecte el dispositivo con el hardware de adquisición de datos soldando cables convencionales en PCB. </li></ol></li></ol> 2. Pruebas Clínicas <ol><li> Limpie el dispositivo con una solución desinfectante <ol><li> Preparar 205 g de una solución desinfectante diluido (40: 1 relación de volumen de agua y solución). </li><li> Rocíe elsolución (10 g) en el dispositivo y en remojo durante 10 minutos. NOTA: El limpiador desinfectante diluido se puede almacenar a temperatura ambiente. </li><li> Enjuague con agua tres veces y secarla con tejidos limpios. </li></ol></li><li> Establecer una serie de equipos para pruebas de dispositivos <ol><li> Preparar y conectar un amplificador lock-in con una fuente de corriente, un multiplexor y el software personalizado instalado en un ordenador portátil para la grabación de datos. </li><li> Coloque una cámara infrarroja en un trípode y se centran en un objeto de destino para la termografía como referencia. </li><li> Configure los parámetros del sistema de un amplificador lock-in para medir la conductividad térmica (frecuencia: 1 y 3 Hz; constante de tiempo: 3 y 1 seg; sensibilidad: 1 mV; reserva dinámica: alta reserva) y la temperatura (frecuencia: 997 Hz, el tiempo constante: 300 ms; sensibilidad: 2 mV; reserva dinámica: bajo nivel de ruido) con la corriente constante (2 mA aplicada). </li><li> Conecte dos dispositivos de la herida, preparado por la impresión de microfabricación y la transferencia y montado sobre la herida ysitios contralaterales, el multiplexor a la derecha antes de grabar los datos de un paciente. </li></ol></li><li> Temperatura Grabar y conductividad térmica NOTA: El software de adquisición de datos está hecho a medida, que se puede controlar a distancia el amplificador lock-in para el monitoreo de datos en tiempo real y el ahorro. En la medida de temperatura, cada punto de datos se mide cada 300 mseg durante 20 s. El conjunto de datos para la primera 10 seg y 10 seg siguiente se utilizan para calcular el valor medio de la temperatura y la desviación estándar, respectivamente. Los datos registrados se guardan como un archivo de valores separados por comas, que se utiliza para trazar un gráfico para la comparación con los datos de la termografía infrarroja. En la medición de la conductividad térmica, las señales 3Ω se leen directamente desde la pantalla de hardware (amplificador), que se utiliza entonces para calcular la conductividad térmica analíticamente. <ol><li> Frotar suavemente los sitios de aplicación del dispositivo en la piel usando alcohol antiséptico toallitas 10. </li><li> 2.3.2) Laminado dos dispositivos en los lugares de la piel deseado presionando suavemente el dispositivo a la piel con los dedos para facilitar la unión suave: uno en el sitio de la herida quirúrgica y el otro en la ubicación contralateral como referencia. </li><li> Mida el voltaje eléctrico (3Ω), relacionada con la conductividad térmica, del dispositivo iniciando la adquisición de datos. </li><li> Evaluar los datos obtenidos para verificar el contacto conformal del dispositivo a la piel; valor anormal (&lt;0,1 W / mK) muestra las malas contacto del dispositivo. </li><li> Mida la resistencia eléctrica para determinar la distribución de temperatura y registrar datos a través del software a la medida. </li><li> Tomar imágenes ópticas e IR de dos dispositivos en la piel. </li><li> Comparar los valores de temperatura de las imágenes de infrarrojos con los datos registrados desde el dispositivo de la herida (2.3.5). Añadir los dos valores para separar columnas en una hoja de cálculo personalizado. </li></ol></li><li> Analizar los datos registrados <ol><li> Exportar los datos registrados en laplantilla para calcular automáticamente la temperatura y la conductividad térmica a partir de una matriz de sensores en el dispositivo de medida. </li><li> Representar gráficamente los datos (temperatura y conductividad térmica de acuerdo con la ubicación del sensor en una escala de tiempo diferente) para la comparación en el transcurso de un mes (cuatro conjuntos de datos sobre días 1, 3, 15, y 30). </li><li> Analizar los datos mediante la comparación de una serie de datos de temperatura y de conductividad térmica de acuerdo con el tiempo; Valores con elevación repentina o caen decir el cambio de fase de curación de heridas y / o anormalidad inesperado en sitios de la herida. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Dargaville, T. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensors+and+imaging+for+wound+healing%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Sensors and imaging for wound healing: A review.</a> Biosens Bioelectron. 41, 30-42 (2013).</li>
<li>Panuncialman, J., Hammerman, S., Carson, P., Falanga, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wound+edge+biopsy+sites+in+chronic+wounds+heal+rapidly+and+do+not+result+in+delayed+wound+healing%5BTitle%5D)+AND+%22J+Invest+Dermatol%22%5BJournal%5D)">Wound edge biopsy sites in chronic wounds heal rapidly and do not result in delayed wound healing.</a> J Invest Dermatol. 129, S47-S47 (2009).</li>
<li>Hess, C. T., Kirsner, R. S. Orchestrating Wound Healing: Assessing and Preparing the Wound Bed. Adv Skin Wound Care. 16 (5), 246-257 (2003).</li>
<li>Lange-Asschenfeldt, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applicability+of+confocal+laser+scanning+microscopy+for+evaluation+and+monitoring+of+cutaneous+wound+healing%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Applicability of confocal laser scanning microscopy for evaluation and monitoring of cutaneous wound healing.</a> J Biomed Opt. 17 (7), (2012).</li>
<li>Crane, N. J., Elster, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vibrational+spectroscopy%3A+a+tool+being+developed+for+the+noninvasive+monitoring+of+wound+healing%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Vibrational spectroscopy: a tool being developed for the noninvasive monitoring of wound healing.</a> J Biomed Opt. 17 (7), (2012).</li>
<li>Jeong, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Materials+and+Optimized+Designs+for+Human-Machine+Interfaces+Via+Epidermal+Electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Materials and Optimized Designs for Human-Machine Interfaces Via Epidermal Electronics.</a> Adv Mater. 25 (47), 6839-6846 (2013).</li>
<li>Kim, D. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epidermal+Electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Epidermal Electronics.</a> Science. 333 (6044), 838-843 (2011).</li>
<li>Webb, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrathin+conformal+devices+for+precise+and+continuous+thermal+characterization+of+human+skin+%28vol+12%2C+pg+938%29%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Mater%22%5BJournal%5D)">Ultrathin conformal devices for precise and continuous thermal characterization of human skin (vol 12, pg 938).</a> Nat Mater. 12, 1078-1078 (2013).</li>
<li>Yeo, W. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multifunctional+Epidermal+Electronics+Printed+Directly+Onto+the+Skin%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Multifunctional Epidermal Electronics Printed Directly Onto the Skin.</a> Adv Mater. 25 (20), 2773-2778 (2013).</li>
<li>Hattori, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multifunctional+skin-like+electronics+for+quantitative%2C+clinical+monitoring+of+cutaneous+wound+healing%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Healthc+Mater%22%5BJournal%5D)">Multifunctional skin-like electronics for quantitative, clinical monitoring of cutaneous wound healing.</a> Adv Healthc Mater. 3 (10), 1597-1607 (2014).</li>
<li>Guo, S., DiPietro, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Factors+Affecting+Wound+Healing%5BTitle%5D)+AND+%22J+Dent+Res%22%5BJournal%5D)">Factors Affecting Wound Healing.</a> J Dent Res. 89 (3), 219-229 (2010).</li>
<li>Matzeu, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Skin+temperature+monitoring+by+a+wireless+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22Ieee+Ind+Elec%22%5BJournal%5D)">Skin temperature monitoring by a wireless sensor.</a> Ieee Ind Elec. , 3533-3535 (2011).</li>
<li>Cahill, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal-Conductivity+Measurement+from+30-K+to+750-K+-+the+3-Omega+Method%5BTitle%5D)+AND+%22Rev+Sci+Instrum%22%5BJournal%5D)">Thermal-Conductivity Measurement from 30-K to 750-K - the 3-Omega Method.</a> Rev Sci Instrum. 61 (2), 802-808 (1990).</li>
<li>Fan, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fractal+Design+Concepts+for+Stretchable+Electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Commun%22%5BJournal%5D)">Fractal Design Concepts for Stretchable Electronics.</a> Nature Commun. 5 (3266), (2013).</li>
<li>Song, Y. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+cameras+with+designs+inspired+by+the+arthropod+eye%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye.</a> Nature. 497 (7447), 95-99 (2013).</li>
<li>Jeong, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Capacitive+Epidermal+Electronics+for+Electrically+Safe%2C+Long-Term+Electrophysiological+Measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Healthc+Mater%22%5BJournal%5D)">Capacitive Epidermal Electronics for Electrically Safe, Long-Term Electrophysiological Measurements.</a> Adv Healthc Mater. 3 (5), 642-648 (2013).</li>
<li>Zhang, Y. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+and+Theoretical+Studies+of+Serpentine+Microstructures+Bonded+To+Prestrained+Elastomers+for+Stretchable+Electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Funct+Mater%22%5BJournal%5D)">Experimental and Theoretical Studies of Serpentine Microstructures Bonded To Prestrained Elastomers for Stretchable Electronics.</a> Adv Funct Mater. 24 (14), 2028-2037 (2014).</li>
<li>Carlson, A., Bowen, A. M., Huang, Y. G., Nuzzo, R. G., Rogers, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transfer+Printing+Techniques+for+Materials+Assembly+and+Micro%2FNanodevice+Fabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Transfer Printing Techniques for Materials Assembly and Micro/Nanodevice Fabrication.</a> Adv Mater. 24 (39), 5284-5318 (2012).</li>
<li>Yeo, W. H., Webb, R. C., Lee, W., Jung, S., Rogers, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bio-integrated+electronics+and+sensor+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Spie%22%5BJournal%5D)">Bio-integrated electronics and sensor systems.</a> Proc Spie. 8725, (2013).</li>
<li>Chung, H. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+Releasable+Single-Crystal+Silicon%E2%80%93Metal+Oxide+Field-Effect+Devices+and+Their+Deterministic+Assembly+on+Foreign+Substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Funct+Mater%22%5BJournal%5D)">Fabrication of Releasable Single-Crystal Silicon–Metal Oxide Field-Effect Devices and Their Deterministic Assembly on Foreign Substrates.</a> Adv Funct Mater. 21 (16), 3029-3036 (2011).</li>
<li>Kim, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unusual+strategies+for+using+indium+gallium+nitride+grown+on+silicon+%28111%29+for+solid-state+lighting%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Unusual strategies for using indium gallium nitride grown on silicon (111) for solid-state lighting.</a> Proc Natl Acad Sci U.S.A. 108 (25), 10072-10077 (2011).</li>
<li>Padilla-Medina, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+technique+for+acne+treatments+based+on+statistical+parameters+of+skin+thermal+images%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Assessment technique for acne treatments based on statistical parameters of skin thermal images.</a> J Biomed Opt. 19 (4), 046019-046019 (2014).</li>
</ol>

Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.

Este artículo destaca los métodos y protocolos para fabricar un sistema electrónico conformado, similar a la piel, que permite la laminación conformada cerca de los tejidos de la herida, que ofrece una medición cuantitativa de la temperatura de la piel y un mapeo de conductividad térmica en la piel. 
Las características clave incluyen la utilización de técnicas novedosas de impresión por transferencia de materiales e integración de materiales duros-blandos para diseñar y desarrollar el disposi...

En el estudio clínico y de investigación biomédica, la vigilancia de la cicatrización de heridas se ha centrado en un método invasivo que se basa en la evaluación histológica del tejido cambio morfológico en las heridas 1,2. Recientemente, los rápidos avances en las tecnologías electrónicas permiten el desarrollo de la formación de imágenes y herramientas de análisis de alta precisión que se puede inspeccionar visualmente el proceso de cicatrización a través de la imagen digital 3,4 o microscopía confocal de barrido y espectroscopía de 4,5. Sin embargo, los enfoques de formación de imágenes requieren alto coste, herramientas y operaciones ópticas complicadas, y lo más importante, los pacientes necesitan ser inmovilizada durante la prueba. Por lo tanto, existe una necesidad de nuevos dispositivos y sistemas que son cuantitativa, no invasiva y fácil de usar, de bajo costo, y multifuncional para ofrecer una gestión más precisa herida. Aquí, se introduce un sistema electrónico similar a la piel que proporciona, la cartografía precisa en tiempo real de la temperatura y térmicas Conductividad y entrega un nivel preciso de calentamiento a través de sitios de la herida conformal laminación del dispositivo de forma no invasiva. Este dispositivo presenta una clase de tecnología, los sistemas montados en epidérmica de la piel electrónicos que están diseñados para que coincida con las propiedades mecánicas y materiales (espesor total, rigidez a la flexión, módulos eficaces, y densidad de masa) de la epidermis 6-9. El dispositivo está diseñado de tal, agradable a la piel, a prueba de agua biocompatible, y la forma reutilizable que se puede lavar y desinfectar para aplicaciones clínicas de los pacientes 10. El dispositivo electrónico conformal montado cerca de los tejidos de la herida captura la fase de inflamación (uno de proceso de cicatrización de la herida), causada por el aumento del flujo sanguíneo y las reacciones enzimáticas a la herida 11,12, a través de la grabación cuantitativa de temperatura 8 y la conductividad térmica 13, en correlación con la hidratación . Los estudios experimentales y computacionales determinan un diseño óptimo para la mecánica accommodcomió movimientos naturales y las tensiones aplicadas sin fractura mecánica y capturar la física subyacente de estiramiento mecánica de la electrónica de piel así laminados conformemente a la superficie de la piel, que ofrece la adquisición de señales de alta fidelidad. Los protocolos descritos en este artículo se presentan los métodos de microfabricación para los sistemas electrónicos de la piel como, poniendo a prueba la preparación incluyendo la limpieza del dispositivo, la configuración del equipo en un entorno clínico, y aplicaciones clínicas para el seguimiento cuantitativo de la temperatura y la conductividad térmica en heridas cutáneas.

<table><tbody><tr><td>Oblea de silicio de 3"</td><td>Oblea de la Universidad, EE. UU</td><td></td>. <td>Úselo como portador para fabricar el dispositivo</td></tr><tr><td>Acetona</td><td>Fisher Scientific, EE. UU</td>. <td>A18-1</td><td>Úselo para limpiar una oblea y eliminar la fotorresistencia</td></tr><tr><td>Isopropanol (IPA)</td><td>Fisher Scientific, EE. UU</td>. <td>A459-1</td><td>Úselo para limpiar una oblea</td></tr><tr><td>AZ4620 fotorresistente</td><td>AZ Electroionic Materials, EE. UU.</td><td></td><td>Úselo para hacer patrones en metales y polímeros</td></tr><tr><td>Revelador AZ400K</td><td>AZ Electrionic Materials, EE. UU.</td><td></td><td>Úselo para desarrollar AZ4620 fotorresistente</td></tr><tr><td>Grabador de cromo</td><td>Transene, EE. UU</td>. <td>1020AC</td><td>Úselo para grabar la capa de Cr del dispositivo</td></tr><tr><td>Grabador de cobre</td><td>Transene, EE. UU</td>. <td>ASP-100</td><td>Úselo para grabar la capa de Cu del dispositivo</td></tr><tr><td>Sylgard 184 Kit de elastómero de silicona (PDMS)</td><td>Dow Corning, EE. UU</td>. <td>39100000</td><td>Uso como sustrato para la recuperación 'en seco'</td></tr><tr><td>PI2545 poliimida</td><td>HD MicroSystem, EE. UU.</td><td></td><td>Úselo para encapsular la capa metálica</td></tr><tr><td>Solaris</td><td>Smooth-On, EE. UU</td><td></td>. <td>Úselo como sustrato y para encapsular el dispositivo</td></tr><tr><td>Petridish</td><td>Carolina, EE. UU.</td><td>741255</td><td>Úselo como molde para hacer sustrato</td></tr><tr><td>Cinta de soldadura por onda soluble en agua 5414</td><td>3M, EE. UU</td><td>. AM000000217</td><td>Úselo para recuperar el dispositivo de la capa PDMS</td></tr><tr><td>Fundente de acero inoxidable líquido de alta actividad</td><td>Worthington, EE. UU</td>. <td>331929</td><td>Úselo para eliminar la capa de oxidación en</td></tr> el <tr><td>cable de microfilm flexible</td> de Cu <td>Elform, EE. UU.</td><td></td><td>Úselo para realizar la conexión eléctrica entre el dispositivo electrónico y el sistema de adquisición de datos</td></tr><tr><td>Limpiador de pH neutro</td><td>Australian Gold, EE. UU.</td><td></td><td>Úselo como solución desinfectante para limpiar el dispositivo en pruebas clínicas</td></tr><tr><td>Soldadura</td><td>Kester, EE. UU</td>. <td>24-6337-9703</td><td>Úselo como material para soldar cables duros</td></tr><tr><td>Lámpara ultravioleta</td><td>Cole-Parmer, EE. UU</td>. <td>97600-00</td><td>Úselo para activar la capa PDMS como superficie hidrofílica</td></tr><tr><td>Multiplexor Multiplexor</td><td>FixYourBoard, EE. UU</td>. <td>U802</td><td>Úselo para adquirir mediciones de seis componentes de detección&nbsp;</td></tr><tr><td>Fuente de corriente CC/CA</td><td>Keithley, EE. UU</td>. <td>6221</td><td>Úselo para suministrar corriente</td></tr><tr><td>SMD Estación de retrabajo de aire caliente digital</td><td>Aoyue, China</td><td>968A +</td> <td>Úselo para soldar cables duros, para conectarse eléctricamente entre el dispositivo y los instrumentos externos</td></tr><tr><td>Cámara infrarroja</td><td>FLIR, EE. UU</td><td>. 435-0001-01-00</td><td>Úselo para tomar imágenes infrarrojas en experimentos</td></tr><tr><td>Multímetro digital</td><td>Fluke, EE. UU</td>. <td>117</td><td>Úselo para verificar la conexión eléctrica</td></tr><tr><td>Amplificador de bloqueo</td><td>Stanford Research System, EE. UU.</td><td>SR830</td><td>Úselo para realizar mediciones de sonda de cuatro puntos</td></tr><tr><td>Evaporador de haz de electrones</td><td>Escala 9 Productos de vacío, EE. UU.</td><td></td><td>Úselo para depositar películas delgadas (Cu y SiO2)</td></tr></tbody></table>

fabricación y caracterización de un sistema electrónico conforme de la piel-como para la gestión cuantitativa, cutánea de la herida

Fabrication and Characterization of a Conformal Skin-like Electronic System for Quantitative, Cutaneous Wound Management

Los avances recientes en el desarrollo de tecnologías electrónicas y dispositivos biomédicos ofrecen oportunidades para la evaluación cuantitativa no invasiva de la cicatrización de heridas cutáneas en la piel. Sin embargo, los métodos existentes todavía se basan en inspecciones visuales a través de diversas herramientas y dispositivos microscópicos que normalmente incluyen sistemas sofisticados y de alto costo y requieren personal bien capacitado para la operación y el análisis de datos. Aquí, describimos métodos y protocolos para fabricar un sistema electrónico conformado, similar a la piel, que permite la laminación conformada a la superficie de la piel cerca de los tejidos de la herida, lo que proporciona registro de señales eléctricas de alta fidelidad, como la temperatura de la piel y la conductividad térmica. Los métodos de fabricación del dispositivo proporcionan detalles de la preparación paso a paso del sistema microelectrónico que está completamente cerrado con materiales de silicona elastomérica para ofrecer aislamiento eléctrico. El estudio experimental presenta las características multifuncionales, biocompatibles, impermeables, reutilizables y flexibles/elásticas del dispositivo para aplicaciones clínicas. Los protocolos de pruebas clínicas proporcionan una visión general y un proceso secuencial de limpieza, configuración de pruebas, operación del sistema y adquisición de datos con la electrónica similar a la piel, montada suavemente en heridas cutáneas hipersensibles y tejidos contralaterales de los pacientes.

La figura 1 presenta una visión general de las características de la conformación, sistema electrónico similar a la piel, diseñados para una gestión herida cutánea cuantitativa sobre los pacientes. El dispositivo electrónico multifuncional consiste en estructuras fractales microescala 3,14 y serpentina filamentosa traza 9,17 sobre una membrana elastomérica delgada que ofrece elasticidad mecánica excepcional y capacidad de flexión. El dispositivo compatible que está completamente ro...

Este artículo presenta métodos para fabricar y caracterizar un sistema electrónico conforme, similar a la piel, y protocolos para su uso en aplicaciones clínicas, particularmente en el tratamiento de heridas cutáneas.

Fabricación y caracterización de un sistema electrónico conforme de la piel-como para la gestión cuantitativa, cutánea de la herida

Recent advances in the development of electronic technologies and biomedical devices offer opportunities for non-invasive, quantitative assessment of ...

El objetivo general de este procedimiento es fabricar un dispositivo electrónico similar a la piel para el manejo cuantitativo de heridas cutáneas. Esto se logra primero desarrollando un dispositivo electrónico sobre un sustrato portador. El segundo paso consiste en preparar una membrana elastomérica para embeber la electrónica.A continuación, se recuperan los dispositivos electrónicos fabricados de su compuesto de fabricación y se transfieren a la membrana. Los pasos finales consisten en encapsular los dispositivos electrónicos con un recubrimiento de silicona y conectar un cable flexible para la adquisición de datos. El dispositivo terminado se lamina cerca del tejido de la herida de un paciente para monitorear el tiempo, la temperatura variable y la conductividad térmica del tejido como parte del manejo de la herida.La principal ventaja de este dispositivo frente a las herramientas existentes basadas en inspecciones visuales microscópicas es que puede proporcionar un monitoreo cuantitativo multifuncional de la temperatura y la conductividad térmica cerca del tejido de la herida. El dispositivo blando, biocompatible y que se puede usar sobre la piel ofrece las funciones y características necesarias para su uso en entornos clínicos, y tiene un gran potencial para abordar problemas importantes en el manejo de heridas crónicas. Este protocolo de recubrimiento por centrifugado puede realizarse sobre obleas de silicio de cualquier tamaño.Para comenzar, desengrase las obleas con acetona y alcohol isopropílico. Luego, enjuáguelas con agua desionizada y séquelas con nitrógeno. Deshidrate la oblea durante tres minutos en una placa calefactora ajustada a 110 grados Celsius.Ahora, aplique por centrifugado cinco gramos de PDMS sobre las obleas a 3000 RPM durante un minuto y complete el proceso curando las obleas en una placa calefactora ajustada a 150 grados Celsius durante media hora. Después de tratar con UV las obleas recubiertas con PDMS durante tres minutos, aplique por centrifugado poliamida sobre las obleas. Aplique dos mililitros con una pipeta y centrifugue a 4.000 RPM durante un minuto para obtener una capa de 1,2 micrómetros.Luego, precocer las obleas en una placa caliente a 150 grados Celsius durante cinco minutos y hornearlas en un horno a 250 grados Celsius durante dos horas. A continuación, mediante evaporación por haz de electrones, depositar una capa de 20 nanómetros de espesor de cromo para adherencia, seguida de una capa de tres micrómetros de espesor de cobre para conductividad. A continuación, aplicar por centrifugación dos mililitros de resistencia fotosensible sobre las obleas en tres pasos para obtener una capa inferior a 10 micrómetros.Ahora, cure las obleas en una placa caliente a 75 grados Celsius durante 30 minutos. A continuación, utilice un alineador de luz UV a 10 milivatios por segundo para centrar el patrón electrónico de cobre en la oblea. Utilice un tiempo de exposición de 25 segundos.Se utiliza un patrón fractal para fabricar sensores y se crea una malla abierta para los interconectores. Revele la resistencia fotográfica en una solución reveladora al 33 % durante un minuto. Luego enjuague los chips con agua desionizada y séquelos bajo una corriente de nitrógeno.Antes de continuar, revise los patrones bajo un microscopio en busca de defectos. A continuación, grabe el cobre sobre la oblea utilizando un baño de seis minutos en grabado químico. Después del grabado, enjuague y seque las obleas.Como antes, revise los patrones grabados bajo un microscopio, ya que un sobregrabado mayor al 20 % provoca fallas mecánicas. Para grabar la capa de cromo, utilice cinco minutos de grabado iónico reactivo. Después de verificar el grabado, elimine los residuos de fotoresina con 10 mililitros de acetona, seguido de 10 mililitros de isopropanol.Y en tercer lugar, 20 mililitros de agua desionizada. Siga los baños secando las obleas bajo una corriente de nitrógeno. Para este protocolo, prepare 10 gramos de una mezcla de silicona encapsulante para el material objetivo sobre el cual se transferirán los dispositivos electrónicos, en un recipiente de Petri de 10 centímetros de ancho.Aplicar recubrimiento por centrifugado: ocho gramos de mezcla a 150 rpm durante un minuto, para obtener un recubrimiento de silicona de medio milímetro de espesor. Dejar curar durante la noche a temperatura ambiente.A continuación, coloque trozos de cinta soluble en agua de tamaño adecuado sobre los chips del patrón para que actúen como una superficie laminada para los patrones electrónicos. Después de colocar la cinta, caliente las obleas durante tres minutos a 130 grados Celsius. Luego, retire rápidamente la cinta para despegar y recuperar los dispositivos electrónicos sobre los patrones de recuperación.Utilice evaporación por haz de electrones para depositar 20 nanómetros de cromo para una adhesión adicional. Luego, deposite 50 nanómetros de dióxido de silicio sobre la capa de cromo. Ahora recupere la capa de silicona y trátela con luz UV de 365 nanómetros durante dos minutos a 8,9 milivatios por centímetro cuadrado.Esto activa la superficie con el silicona activado. Presione los componentes electrónicos recuperados sobre el silicona y distribúyalos uniformemente sobre el material objetivo. Luego trate la cinta con agua para disolverla y, después de cinco minutos, retire cuidadosamente la cinta.Luego, enjuague el silicona con agua desionizada y seque en una placa caliente a 90 grados Celsius durante un minuto. Para crear el dispositivo, comience cubriendo las almohadillas de contacto con un trozo rectangular de PDMS utilizando la fuerza de enlace de Vander Wall. Ahora, para transferir la electrónica, centrifugue cinco gramos de mezcla de silicona encapsulada a 4.000 RPM durante un minuto.Esto forma una capa de cinco micrones de grosor, que se cura durante la noche a temperatura ambiente. Al día siguiente, limpie las almohadillas del sensor con medio mililitro de flux líquido para acero durante tres segundos. Luego, suelde un cable flexible de cinta a los puntos de contacto con presión y calor superior a 60 grados Celsius.Verifique las conexiones con un multímetro. La resistencia entre la almohadilla del sensor y el cable de la película separados un centímetro debe ser inferior a un ohmio. Sujete el otro extremo del cable de cinta a una placa de circuito impreso personalizada de la misma manera. Finalmente, conecte el dispositivo al hardware de adquisición de datos soldando cables convencionales a la PCB.Utilizando el protocolo descrito, se fabricó el dispositivo sensor electrónico. Se examinó la flexibilidad del dispositivo. No se produjo fractura mecánica bajo tensión y el dispositivo permaneció funcional.Se midió la resistencia en seis ubicaciones del sensor utilizando una placa calefactora de alta precisión. Hubo una relación lineal que indicaba que los sensores estaban bien calibrados para detectar cambios sutiles de temperatura. Además, se utilizó una señal adaptada de tres omega para evaluar la conductividad térmica con el dispositivo en un entorno clínico.El dispositivo se utilizó para monitorear la cicatrización de heridas después de la cirugía durante un mes. De esta manera, se midió la temperatura del proceso de cicatrización. Hubo una inflamación intensa en el sitio de la herida al tercer día, lo que se refleja en el pico de temperatura medido por el dispositivo.Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo fabricar un dispositivo eléctrico esquemático conformal para el manejo cuantitativo de heridas en pacientes.

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Research

Investigación

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingeniería

Un sistema de modo dual de imágenes fue desarrollado para la evaluación sin contacto de la oxigenación de los tejidos cutáneos y la función vascular.

De modo dual de imágenes de la oxigenación de los tejidos cutáneos y la función vascular

El objetivo de este protocolo es construir un equivalente de piel tridimensional de espesor completo, que se asemeje a la piel natural. Con un dispositivo de herida automatizado específicamente construido, se pueden generar heridas precisas y reproducibles bajo el mantenimiento de la esterilidad.

Generación de una tridimensional grosor de la piel completa y automatizada Equivalente Heridas

Aquí, presentamos un protocolo para generar un modelo tridimensional de piel simplificado e indiferenciado utilizando una plataforma microfluídica micromecanizado. Un enfoque de flujo paralelo permite la deposición in situ de un compartimento dérmico para la siembra de células epiteliales en la parte superior, todo controlado por bombas de jeringa.

Generación de un modelo tridimensional simplificado de piel en un chip en una plataforma microfluídica micromecanizado

Dos tecnologías recientes, el tatuaje y los textiles, han demostrado resultados prometedores en la detección cutánea. Aquí, presentamos los métodos de fabricación y evaluación de electrodos de tatuajes y textiles para la detección electrofisiológica cutánea. Estas interfaces electrónicas hechas de polímeros conductores superan los estándares existentes en términos de comodidad y sensibilidad.

Electrodos portátiles conformables: de la fabricación a la evaluación electrofisiológica

Las heridas representan un desafío para la salud mundial. Este estudio desarrolló un fotomatón estandarizado que utiliza planimetría digital para minimizar la variabilidad de la medición de heridas. El seguimiento de las heridas en ratones durante 14 días reveló un aumento inicial en el área y el perímetro de la herida, seguido de un cierre gradual. Esta metodología puede ayudar a evaluar la cinética de cierre de heridas en modelos preclínicos.

Planimetría digital para evaluar la cinética de cierre de heridas en un modelo de ratón

Este estudio presenta un modelo de sobremesa diseñado para evaluar la compatibilidad de los materiales de apósito de heridas con los sistemas de tratamiento de heridas con presión negativa mediante la evaluación de la presión y la recolección de líquidos durante 72 h bajo configuraciones de presión continua e intermitente.

Desarrollo de un modelo de sobremesa para evaluar la compatibilidad de los materiales de apósitos de heridas con los sistemas de tratamiento de heridas con presión negativa

Un dispositivo LED de luz azul de 405 nm demuestra eficacia antimicrobiana contra una amplia gama de patógenos de heridas cuando se evalúa en un modelo cutáneo sintético basado en colágeno. Este enfoque simplificado in vitro ofrece una alternativa reproducible y éticamente viable para la evaluación en fases tempranas de terapias antimicrobianas basadas en la luz.

Investigación de un dispositivo LED de luz azul para suprimir patógenos de heridas utilizando un modelo cutáneo sintético basado en colágeno

Se describe un modelo de herida cutánea de rata que permite la evaluación de diversos agentes terapéuticos bajo condiciones fisiológicas o patológicas a lo largo de las distintas etapas del proceso de curación. Además, se detalla un protocolo para realizar planimetría manual que monitorize la tasa de contracción de la herida durante la reparación tisular.

Un modelo de herida cutánea quirúrgica de rata: un enfoque para estudios de cicatrización de heridas y evaluación de biomateriales

Dos fluidos adyacentes que pasan a través de un canal microfluídico ranurado pueden ser dirigidos para formar una vainta alrededor de un núcleo de prepolímero; determinando así tanto la forma como la sección transversal. La polimerización fotoiniciada, como la química de tiol click, es muy adecuada para solidificar rápidamente el fluido central en una microfibra con tamaño y forma predeterminados.

Fabricación Microfluídica De Fibras Poliméricas Y Biohíbridas Con Tamaño y Forma Prediseñados

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

Aprende a fabricar un dispositivo electrónico conforme tipo piel para el monitoreo cuantitativo de heridas cutáneas. Este sistema biomédico permite la adquisición de datos en tiempo real de temperatura y conductividad térmica tisular.

Fabricación y caracterización de un sistema electrónico conforme de la piel-como para la gestión cuantitativa, cutánea de la herida (Video) | JoVE Journal

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