Name: Fabrication et caractérisation dun système électronique conforme de la peau comme pour la gestion quantitative, cutanée plaies (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-09-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 50 s
Description: Apprenez à fabriquer un dispositif électronique conforme à la peau pour la gestion quantitative des plaies cutanées. Cette méthode permet le suivi en temps réel de la température et de la conductivité thermique tissulaire.

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Ce travail a été soutenu par le fonds de démarrage de l&#39;École de génie, Université Virginia Commonwealth et certains appareils ont été préparés dans les installations de microfabrication dans le Virginia Wright Microelectronics Center. Nous reconnaissons chercheurs qui ont fait des contributions de l&#39;appareil et les données cliniques (figures 3 et 5 dans le présent document), acquis de l&#39;article publié le 10. W.-HY grâce Yoshiaki Hattori pour le logiciel d&#39;enregistrement de données sur mesure.

Les expériences pour la fabrication de l&#39;appareil, la stratification de la peau, et la caractérisation présentés dans les figures 1, 2, et 4 impliqués deux volontaires, tous effectués dans le laboratoire Bio-Nanoengineering interfacé à Virginia Commonwealth University (VCU), Richmond, Virginie, Etats-Unis. Cette étude a été approuvée par l&#39;Institutional Review Board VCU (numéro de protocole: HM20001454) et a suivi les lignes directrices de recherche de la recherche chez l&#39;humain VCU. Les données de l&#39;appareil et cliniques présentés dans les figures 3 et 5 ont été acquises de l&#39;article publié le 10 où les expériences sur les patients ont été menées dans le cadre du protocole (nombre: STU69718) approuvé par le Conseil institutionnel d&#39;examen, de la Northwestern University, Chicago, IL, Etats-Unis. Fabrication 1. Device REMARQUE: La figure 2 présente des illustrations schématiques pour l&#39;ensemble du processus de fabrication. <ol><li> Préparer un substrat de support<ol><li> Couper un trois en silicium (Si) dans la plaquette à nu la taille souhaitée de l&#39;électronique en utilisant une lame de diamant. REMARQUE: Environ la moitié tranche de silicium donne une taille idéale pour le dispositif de la plaie. </li><li> Dégraisser tranche de silicium avec de l&#39;acétone et l&#39;alcool isopropylique (IPA). Rincer la plaquette avec (DI) de l&#39;eau déminéralisée puis sécher avec de l&#39;azote et de déshydrater sur une plaque chauffante à 110 ° C pendant 3 min. </li><li> Préparation 11 g de mélange de polydiméthylsiloxane (PDMS) avec 10: 1 rapport en volume de base et l&#39;agent de durcissement et dégazer le mélange dans une chambre à vide pendant une heure. REMARQUE: PDMS est utilisée pour la récupération d&#39;un motif sec et l&#39;impression de transfert après la microfabrication, ce qui est préférable à l&#39;approche fondée sur de l&#39;étude précédente 7 chimique humide (acétone). </li><li> Dépôt à la tournette 5 g de PDMS solution mixte sur la tranche à 3000 tpm pendant 1 min et durcir complètement sur une plaque chauffante à 150 ° C pendant 30 min. </li></ol></li><li> Matériaux de dépôt et de l&#39;électronique de motif <ol><li> Traiter le PDMS-coated tranche avec les rayons ultraviolets (UV) / ozone à l&#39;aide d&#39;une lampe UV (8,9 mW / cm2) pendant 3 minutes pour rendre la surface hydrophile. REMARQUE: La surface hydrophile offre revêtement uniforme des couches supplémentaires sur les PDMS. </li><li> Polyimide Spincoat (PI; 2 ml) sur les PDMS revêtues plaquette, par pipetage, à 4000 tours par minute pendant 1 min pour former une couche de 1,2 pm d&#39;épaisseur, pré-cuisson sur une plaque chauffante à 150 ° C pendant 5 min, et post- cuire au four à 250 ° C pendant 2 heures. </li><li> Dépôt de chrome (Cr) pour former une couche 20 nm d&#39;épaisseur, puis déposer le cuivre (Cu) pour former une couche de 3 um d&#39;épaisseur en utilisant un faisceau d&#39;électrons (e-beam) évaporation (pression de base: ~ 1 × 10 -7 Torr , pression de dépôt: ~ 1 x 10 -6 Torr, vitesse de dépôt: 1 - 5 Å / s). Surveiller l&#39;épaisseur du film par l&#39;interface de contrôleur de dépôt intégré dans l&#39;évaporateur. NOTE: L&#39;épaisse couche de Cu fournit suffisamment de niveaux de conductivité électrique sur les résistances à micro de l&#39;appareil et mince couche de Crest utilisé pour favoriser l&#39;adhérence entre PI et Cu. </li><li> Spincoat une résine photosensible (2 ml) avec trois étapes à 900 tours par minute pendant 10 secondes, 1100 tours par minute pendant 60 secondes et 4000 tours par minute pendant 20 s et ensuite durcir sur une plaque chauffante à 75 ° C pendant 30 min. REMARQUE: Les étapes successives décrites ci-dessus ont été utilisés pour déposer un (&gt; 10 um) résine photosensible épaisse. </li><li> Alignez Cu modèles électroniques (capteurs; Fractal Design &#39;Peano »avec 35 um de largeur et interconnexions; conception de maillage serpentine ouvert avec 50 um de largeur) au centre de la tranche de silicium en utilisant un dispositif d&#39;alignement de UV (puissance: 10 mW / sec) avec le temps d&#39;exposition de 25 s. REMARQUE: Les structures fractales sont utilisés pour fournir une extensibilité mécanique supérieure, par rapport aux caractéristiques seulement 14 méandres. </li><li> Développer la résine photosensible dans un révélateur à base diluée (rapport 1: 2 du développeur et de l&#39;eau DI) pendant une minute, rincer à l&#39;eau DI, et sec avec de l&#39;azote. Inspectez les motifs (fractales Cu et interconnexions) en utilisant un microportée pour confirmer la taille de la fonction et de trouver tous les défauts de particules. NOTE: Si il ya des défauts indésirables, puis retirez résine photosensible par rinçage à l&#39;eau de l&#39;acétone / IPA / DI. Après séchage avec de l&#39;azote, répétez les étapes 1.2.4 à 1.2.6. </li><li> Graver la couche de Cu sur la tranche de Si par immersion dans un agent d&#39;attaque chimique par voie humide pendant environ 6 minutes (10 ml; mélange de persulfate d&#39;ammonium et de l&#39;eau dans un rapport de 1: 4; taux d&#39;attaque chimique de 8 nm / sec à 40 ° C), rinçage avec de l&#39;eau DI, et sec avec de l&#39;azote. Inspectez les motifs à l&#39;aide d&#39;un microscope pour tous les modèles sur-gravées. NOTE: Si les motifs sont gravés sur-, il peut causer des arêtes vives indésirables des caractéristiques, ce qui pourrait conduire à la rupture mécanique lors de la manipulation de l&#39;appareil et procédé de lavage. Les résultats d&#39;essais antérieurs ont montré que plus de ~ 20% sur-gravure des motifs originaux causé les questions susmentionnées. </li><li> Graver la couche de Cr avec gravure ionique réactive (RIE; pression: 300 mTorr, puissance: 200 W, CF 4 gaz: 5 sccm, gaz O 2: 10 SCCM) pendant 5 min. Inspectez les motifs. Remarque: Pour la gravure de la couche de Cr, le procédé RIE est préférable de mouiller gravure chimique qui provoque une réaction défavorable avec la couche de Cu. </li><li> Retirer le photorésist est resté sur les couches métalliques par immersion de la plaquette dans de l&#39;acétone (10 ml), de l&#39;IPA (10 ml) et d&#39;eau désionisée (20 ml), respectivement. Ensuite, séchez-le avec de l&#39;azote. </li><li> PI Spincoat (2 ml) sur la plaquette de métal déposé, par pipetage, à 4000 rpm pendant 1 min pour former une couche de 1,2 um d&#39;épaisseur, pré-cuire sur une plaque chauffante à 150 ° C pendant 5 min, et post-cuire au four à 250 ° C pendant 2 heures. </li><li> Spincoat une résine photosensible (2 ml) avec trois étapes à 900 tours par minute pendant 10 secondes, 1100 tours par minute pendant 60 secondes et 4000 tours par minute pendant 20 s et ensuite durcir sur une plaque chauffante à 75 ° C pendant 30 min. </li><li> Alignez les modes de PI pour encapsuler l&#39;électronique Cu (capteurs; Fractal Design &#39;Peano »avec 35 um de largeur et interconnexions; conception de maillage serpentine ouvert avec 250um de largeur) avec les fractales et les interconnexions cuivre pré-définis en utilisant un dispositif d&#39;alignement de UV (puissance: 10 mW / sec) avec le temps d&#39;exposition de 25 sec. </li><li> Développer la résine photosensible avec un révélateur dilué (1: 2 rapport de développeur et de l&#39;eau DI) pendant une minute, rincer à l&#39;eau DI, et sec avec de l&#39;azote. Inspectez les motifs à l&#39;aide d&#39;un microscope pour confirmer la taille de la fonction et de trouver tous les défauts de particules. NOTE: Si il ya des défauts indésirables, puis retirez résine photosensible par rinçage à l&#39;eau de l&#39;acétone / IPA / DI. Après séchage avec de l&#39;azote, répétez les étapes à partir de 1.2.10 à 1.2.13. </li><li> Graver la couche PI avec RIE (pression: 170 mTorr, puissance: 150 W, O 2 gaz: 20 SCCM) pendant 25 min. Inspectez les motifs. </li><li> Retirer le photorésist est resté en immergeant la plaquette dans de l&#39;acétone (10 ml), de l&#39;IPA (10 ml) et d&#39;eau désionisée (20 ml), respectivement. Ensuite, séchez-le avec de l&#39;azote. </li></ol></li><li> Préparer une membrane élastomère <ol><li> Préparer une encapsulation de 10 g de mélange de silicone (1:Une proportion en volume de base et durcisseur) et ajouter une encre noire avec 15 1 à une rapport volumique, qui est de faciliter les mesures de contrôle de variation de température sur la peau à l&#39;aide d&#39;une caméra infrarouge. NOTE: Le silicone utilisé (caoutchouc d&#39;encapsulation clair) offre des caractéristiques uniques de faible viscosité, la clarté optique, et l&#39;isolement électrique / protection à l&#39;appareil 16. </li><li> Spincoat 8 g du mélange dans une boîte de Pétri à 150 tpm pendant 1 min pour former une membrane élastomère d&#39;épaisseur 500 um et durcissement à température ambiante pendant O / N. NOTE: Le matériel doit être placé sur une surface plane pour une épaisseur uniforme. </li><li> Couper la membrane dans la taille souhaitée de 70 mm x 30 mm en utilisant une lame de rasoir et doucement le détacher de la boîte de Pétri. </li></ol></li><li> Récupérer et transférer l&#39;électronique <ol><li> Coupez une bande soluble dans l&#39;eau (25 mm x 80 mm) et laminer doucement sur les modèles électroniques fabriqués et placez-les sur une plaque chauffante à 130 ° Cpendant 3 min. NOTE: L&#39;élévation de température augmente la couche PDMS sur la tranche de Si afin d&#39;aider dissociation des configurations électroniques de la surface. </li><li> Détachez la bande rapidement du PDMS / tranche de silicium pour récupérer les modèles électroniques. </li><li> Déposer une épaisseur de 20 nm de Cr (par adhérence), suivie d&#39;une 50 nm d&#39;épaisseur de dioxyde de silicium (SiO 2) sur la structure récupérés par évaporation par faisceau d&#39;électrons. </li><li> Traiter UV / ozone à l&#39;aide de la lampe UV (365 nm, 8,9 mW / cm 2) sur la membrane de silicone ciblée pendant 2 minutes pour activer la surface. </li><li> Transférer les motifs de la membrane de silicone en plaçant les motifs extraits sur la bande à l&#39;endroit désiré et en ajoutant de façon uniforme la pression de côté supérieur des motifs vers le substrat. Appliquer de l&#39;eau pour dissoudre la bande pendant 5 min. Remarque: Le procédé décrit de transfert de matières est facilitée par liaison covalente (Si-O-Si) entre le dioxyde de silicium déposé et le substrat de silicone activé UV-17 </sjusqu&#39;à&gt;. </li><li> Décollez la bande, rincer à l&#39;eau déminéralisée, et sec sur une plaque chauffante à 90 ° C pendant 1 min. </li></ol></li><li> Encapsuler le dispositif en utilisant une membrane de silicone <ol><li> Préparer un encapsulant 10 g de mélange de silicone (rapport 1: 1 en volume de base et durcisseur). </li><li> Couvrir les plots de contact du câble avec une pièce de PDMS rectangulaire (22 x 6 x 1 mm 3) par liaison van der Waals avec la membrane de silicone en bas, pour éviter silicone revêtant les électrodes. </li><li> Spincoat le mélange de 5 g de silicone à 4000 rpm pendant 1 min pour former une couche épaisse sur les composants électroniques transférés 5 um et ensuite durcissent à température ambiante pendant O / N. </li></ol></li><li> Branchez un câble plat flexible pour l&#39;acquisition de données <ol><li> Appliquer le flux d&#39;acier liquide (0,5 ml), à la pipette, sur les plots de connexion pendant 3 s pour rendre la surface propre. </li><li> Lier un mince câble ruban souple sur les points de contact avec la pression à haute température (&gt; 60 ° C). Un straightene cheveux typiqueR offre une manipulation facile et le collage. REMARQUE: Le câble micro-film est préférable à la soudure dure-fil classique pour éviter toute fracture mécanique des membranes métalliques transférés sur un silicone. </li><li> Vérifiez la connexion électrique à l&#39;aide d&#39;un multimètre numérique. La valeur de résistance est prévu moins de 1 Ohm entre la pastille de capteur à une extrémité et l&#39;autre extrémité du câble de film (distance: ~ 1 cm de distance). </li><li> Lier l&#39;autre extrémité du câble ruban à une carte de circuit imprimé personnalisé avec la même stratégie décrite dans l&#39;étape 1.6.2. </li><li> Vérifiez la connexion électrique à l&#39;aide d&#39;un multimètre numérique. </li><li> Branchez le périphérique avec le matériel d&#39;acquisition de données en soudant des fils classiques sur le PCB. </li></ol></li></ol> 2. Essai clinique <ol><li> Nettoyez l&#39;appareil à l&#39;aide d&#39;une solution désinfectante <ol><li> Préparer 205 g d&#39;une solution de désinfectant dilué (40: 1 de rapport de volume d&#39;eau et de solution). </li><li> Vaporisez lesolution (10 g) sur l&#39;appareil et le faire tremper pendant 10 min. NOTE: Le nettoyant désinfectant dilué peut être conservé à température ambiante. </li><li> Rincer à l&#39;eau trois fois et sécher avec les tissus propres. </li></ol></li><li> Mettre en place une série d&#39;équipements pour les tests de l&#39;appareil <ol><li> Préparer et connecter un amplificateur lock-in avec une source de courant, un multiplexeur, et le logiciel personnalisé installé sur un ordinateur portable pour l&#39;enregistrement de données. </li><li> Placer une caméra infrarouge sur un trépied et se concentrer sur un objet cible pour la thermographie comme une référence. </li><li> Mettre en place des paramètres du système d&#39;un amplificateur lock-in pour mesurer la conductivité thermique (fréquence: 1 &amp; 3 Hz; constante de temps: 3 et 1 sec; sensibilité: 1 mV; Dynamic Reserve: haute réserve) et la température (fréquence: 997 Hz, le temps constante: 300 ms; sensibilité: 2 mV; Dynamic Reserve: faible bruit) avec le courant constant (2 mA appliquée). </li><li> Branchez deux dispositifs bobinés, préparé par l&#39;impression de microfabrication et de transfert et monté sur la plaie etles sites contralatérales, au multiplexeur juste avant l&#39;enregistrement de données d&#39;un patient. </li></ol></li><li> La température de l&#39;enregistrement et la conductivité thermique REMARQUE: Le logiciel d&#39;acquisition de données est faite sur mesure, qui peut contrôler à distance l&#39;amplificateur lock-in pour la surveillance des données en temps réel et l&#39;épargne. Dans la mesure de température, chaque point de données est mesurée toutes les 300 ms pour 20 sec. L&#39;ensemble des données pour les 10 premières secondes et 10 secondes suivantes sont utilisées pour calculer la valeur de la température moyenne et l&#39;écart type, respectivement. Les données enregistrées sont ensuite enregistrés dans un fichier de valeurs séparées par des virgules, qui est utilisé pour tracer un graphique pour la comparaison avec les données de la thermographie infrarouge. Dans la mesure de la conductivité thermique, les signaux de 3Ω sont directement lues à partir de l&#39;écran de matériel (amplificateur), qui est ensuite utilisé pour calculer la conductivité thermique de manière analytique. <ol><li> Frottez doucement les sites d&#39;application de l&#39;appareil sur la peau avec de l&#39;alcool antiseptique lingettes 10. </li><li> 2.3.2) flottant deux périphériques sur les emplacements souhaités pour la peau en appuyant doucement sur le dispositif sur la peau avec les doigts pour faciliter la liaison douce: l&#39;un sur le site de la plaie chirurgicale et l&#39;autre sur l&#39;emplacement controlatéral comme une référence. </li><li> Mesurer la tension électrique (3Ω), liée à la conductivité thermique, du dispositif en démarrant l&#39;acquisition de données. </li><li> Évaluer les données obtenues afin de vérifier le contact conforme du dispositif à la peau; valeur anormale (&lt;0,1 W / mK) montre mauvais contact de l&#39;appareil. </li><li> Mesurer la résistance électrique pour déterminer la distribution de la température et enregistrer des données via le logiciel personnalisé. </li><li> Prenez des images optiques et infrarouges des deux périphériques sur la peau. </li><li> Comparer les valeurs de température à partir des images infrarouges avec les données enregistrées à partir du dispositif de la plaie (2.3.5). Ajouter les deux valeurs pour séparer les colonnes dans un tableur personnalisé. </li></ol></li><li> Analyser les données enregistrées <ol><li> Exporter les données enregistrées aumodèle pour calculer automatiquement la température et la conductivité thermique à partir d&#39;un réseau de capteurs dans le dispositif personnalisé. </li><li> Tracer les données (température et de conductivité thermique selon l&#39;emplacement du capteur sur une échelle de temps différente) pour la comparaison au cours d&#39;un mois (quatre ensembles de données sur les jours 1, 3, 15 et 30). </li><li> Analyser les données en comparant une série de données de température et de conductivité thermique en fonction du temps; Valeurs avec brusque élévation ou la chute dire le changement de phase de cicatrisation et / ou une anomalie inattendue sur les sites de la plaie. </li></ol></li></ol>

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Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.

Cet article met en évidence les méthodes et les protocoles permettant de fabriquer un système électronique conforme, semblable à la peau, qui permet une lamination conforme près des tissus de la plaie, ce qui offre une mesure quantitative de la température de la peau et une cartographie de la conductivité thermique sur la peau. 
Les principales caractéristiques comprennent l’utilisation de nouvelles techniques d’impression par transfert de matériaux et l’intégration de matériaux durs-souples p...

Dans l&#39;étude clinique et la recherche biomédicale, la surveillance de la cicatrisation des plaies a mis l&#39;accent sur ​​une méthode invasive qui est basé sur l&#39;évaluation histologique du tissu changement morphologique dans les plaies 1,2. Récemment, les progrès rapides dans les technologies électroniques permettent le développement de haute précision imagerie et d&#39;analyse des outils qui peuvent inspecter visuellement le processus de cicatrisation via l&#39;imagerie numérique 3,4 ou la microscopie confocale à balayage et la spectroscopie 4,5. Cependant, ces approches d&#39;imagerie nécessitent coût élevé, des outils et des opérations optiques complexes, et plus important encore, les patients doivent être immobilisé pendant le test. Par conséquent, il existe un besoin pour de nouveaux appareils et systèmes qui sont quantitative, non-invasive, facile à utiliser, peu coûteux, et multifonctionnelle pour offrir une gestion plus précise de la plaie. Ici, nous introduisons un système électronique ressemble à une peau qui fournit précis, la cartographie en temps réel de la température et thermiques Conductivité et délivre un niveau précis de chauffage au niveau des sites de plaies conforme par le dispositif de laminage de façon non invasive. Ce dispositif présente une classe de technologie, des systèmes montés peau épidermiques électroniques qui sont conçus pour correspondre aux propriétés mécaniques et matérielles (épaisseur totale, la rigidité en flexion, modules efficaces, et la densité de masse) de l&#39;épiderme 6-9. Le dispositif est conçu dans un, respectueux de la peau, résistant à l&#39;eau biocompatible et forme réutilisable qui peut être lavé et désinfecté pour des applications cliniques sur des patients 10. Le dispositif électronique conforme monté à proximité des tissus de la plaie capte la phase d&#39;inflammation (l&#39;un des processus de cicatrisation des plaies), causé par l&#39;augmentation du flux sanguin et des réactions enzymatiques à la plaie 11,12, grâce à l&#39;enregistrement quantitatif de température 8 et une conductivité thermique 13, en corrélation avec hydratation . Des études expérimentales et informatiques déterminent une conception mécanique optimale à Accommodmangé mouvements naturels et les souches appliquées sans rupture mécanique et capturer les sous-jacents de la physique étirement mécanique de l&#39;électronique de la peau comme celle stratifiés de façon conforme à la surface de la peau, qui propose l&#39;acquisition de signaux haute fidélité. Les protocoles décrits dans cet article présentent les méthodes de microfabrication pour les systèmes électroniques comme une peau, test de préparation y compris le nettoyage de l&#39;appareil, la configuration de l&#39;équipement dans un cadre clinique, et les applications cliniques pour le suivi quantitatif de la température et de la conductivité thermique sur les plaies cutanées.

<table><tbody><tr><td>Plaquette de silicium de 3 po</td><td>University Wafer, États-Unis</td><td></td><td>Utiliser comme support pour fabriquer le dispositif</td></tr><tr><td></td><td>Acétone Fisher Scientific, États-Unis</td><td>A18-1</td><td>Utiliser pour nettoyer une plaquette et enlever la résine photosensible</td></tr><tr><td>Isopropanol (IPA)</td><td>Fisher Scientific, États-Unis</td><td>A459-1</td><td>Utiliser pour nettoyer une plaquette</td></tr><tr><td>AZ4620 photorésine</td><td>AZ Electrionic Materials, États-Unis</td><td></td><td>Utilisation pour créer des motifs sur les métaux et polymères</td></tr><tr><td>AZ400K développeur</td><td>AZ Electrionic Materials, USA</td><td></td><td>Utilisation pour développer la résine photosensible AZ4620</td></tr><tr><td>Agent de gravure au chrome</td><td>Transene, USA</td><td>1020AC</td><td>Utilisation pour graver la couche de Cr du dispositif</td></tr><tr><td>de gravure du cuivre</td><td>Transene, USA</td><td>ASP-100</td><td>Utiliser pour graver la couche de Cu de l’appareil</td></tr><tr><td>Sylgard 184 Kit d’élastomère de silicone (PDMS)</td><td>Dow Corning, USA</td><td>39100000</td><td>Utilisation comme substrat pour la récupération « à sec »</td></tr><tr><td>PI2545 polyimide</td><td>HD MicroSystem, États-Unis</td><td></td><td>Utilisation pour encapsuler la couche métallique</td></tr><tr><td>Solaris</td><td>Smooth-On, États-Unis</td><td></td><td>Utilisation comme substrat et pour encapsuler le dispositif</td></tr><tr><td>Petridish</td><td>Carolina, États-Unis</td><td>741255</td><td>Utilisation comme moule pour fabriquer un substrat</td></tr><tr><td>Ruban de soudure à la vague soluble dans l’eau 5414</td><td>3M, États-Unis</td><td>AM000000217</td><td>Utilisation pour extraire l’appareil de la couche PDMS Flux d’acier</td></tr><tr><td>inoxydable liquide à haute activité</td><td>Worthington, États-Unis</td><td>331929</td><td>Utiliser pour éliminer la couche d’oxydation sur</td></tr> Cu <tr><td>Flexible, câble à micro-film</td><td>Elform, États-Unis</td><td></td><td>Utilisation pour établir la connexion électrique entre l’appareil électronique et le système d’acquisition de données</td></tr><tr><td>Nettoyant pH neutre</td><td>Australian Gold, États-Unis</td><td></td><td>Utilisation comme solution désinfectante pour nettoyer l’appareil lors d’essais cliniques</td></tr><tr><td>Soudure</td><td>Kester,</td><td>États-Unis 24-6337-9703</td><td>Utilisation comme matériau pour souder des fils durs</td></tr><tr><td>Lampe ultraviolette</td><td>Cole-Parmer, États-Unis</td><td>97600-00</td><td>Utilisation pour activer la couche PDMS en tant que surface hydrophile</td></tr><tr><td>Multiplexeur</td><td>FixYourBoard, États-Unis</td><td>U802</td><td>Utilisation pour acquérir des mesures à partir de six composants de détection&nbsp ;</td></tr><tr><td>Source de courant DC/AC</td><td>Keithley, USA</td><td>6221</td><td>Utilisation pour alimenter la</td></tr><tr><td>station de retouche d’air chaud numérique SMD</td> actuelle <td>Aoyue, Chine</td><td>968A+</td><td>Utilisation pour souder des fils durs, pour se connecter électriquement entre l’appareil et des instruments externes</td></tr><tr><td>Caméra infrarouge</td><td>FLIR, USA</td><td>435-0001-01-00</td><td>Utilisation pour prendre des images infrarouges en expérience</td></tr><tr><td>Multimètre numérique</td><td>Fluke, USA</td><td>117</td><td>Utilisation pour vérifier la connexion électrique</td></tr><tr><td>Amplificateur à verrouillage</td><td>Stanford Research System, États-Unis</td><td>SR830</td><td>Utilisation pour effectuer des mesures à quatre points</td></tr> par <tr><td>sonde Évaporateur à faisceau d’électrons</td><td>à l’échelle 9 Produits sous vide, États-Unis</td><td></td><td>Utilisation pour déposer des couches minces (Cu et SiO2)</td></tr></tbody></table>

fabrication et caractérisation d&#39;un système électronique conforme de la peau comme pour la gestion quantitative, cutanée plaies

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

Les progrès récents dans le développement des technologies électroniques et des dispositifs biomédicaux offrent des possibilités d’évaluation quantitative non invasive de la cicatrisation cutanée des plaies cutanées. Cependant, les méthodes existantes reposent toujours sur des inspections visuelles à l’aide de divers outils et dispositifs microscopiques qui comprennent normalement des systèmes sophistiqués et coûteux et nécessitent un personnel bien formé pour l’exploitation et l’analyse des données. Ici, nous décrivons des méthodes et des protocoles pour fabriquer un système électronique conforme, semblable à la peau, qui permet une stratification conforme à la surface de la peau près des tissus de la plaie, ce qui permet l’enregistrement de signaux électriques de haute fidélité tels que la température de la peau et la conductivité thermique. Les méthodes de fabrication du dispositif fournissent des détails sur la préparation étape par étape du système microélectronique qui est entièrement enfermé dans des matériaux en silicone élastomère pour offrir une isolation électrique. L’étude expérimentale présente les caractéristiques multifonctionnelles, biocompatibles, imperméables, réutilisables et flexibles/extensibles du dispositif pour des applications cliniques. Les protocoles d’essais cliniques fournissent une vue d’ensemble et un processus séquentiel de nettoyage, de configuration des tests, de fonctionnement du système et d’acquisition de données avec l’électronique semblable à la peau, montée doucement sur les plaies cutanées hypersensibles et les tissus controlatéraux des patients.

La figure 1 présente un aperçu des caractéristiques de la conformation, système électronique ressemble à une peau, conçus pour la gestion quantitative, des plaies cutanées sur les patients. Le dispositif électronique multifonctionnel est constitué de structures fractales microscopique de 3,14 et de serpentine filamentaire retrace 9,17 sur une membrane élastomère mince qui offre une extensibilité mécanique exceptionnelle et cintrabilité. L&#39;appareil compatible qui est complètemen...

Cet article présente des méthodes de fabrication et de caractérisation d’un système électronique conforme, semblable à la peau, et des protocoles pour une utilisation dans des applications cliniques, en particulier sur la gestion des plaies cutanées.

Fabrication et caractérisation d&#39;un système électronique conforme de la peau comme pour la gestion quantitative, cutanée plaies

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

L'objectif général de cette procédure est de fabriquer un dispositif électronique semblable à la peau pour la gestion quantitative des plaies cutanées. Cela est réalisé en développant d'abord un dispositif électronique sur un substrat porteur. La deuxième étape consiste à préparer une membrane élastomérique afin d'incorporer l'électronique.Ensuite, les composants électroniques fabriqués sont extraits de leur matrice de fabrication et transférés sur la membrane. Les étapes finales consistent à encapsuler les composants électroniques avec un revêtement en silicone et à connecter un câble souple pour l'acquisition des données. Le dispositif achevé est appliqué en stratification près du tissu lésé d'un patient afin de surveiller le temps, la température variable et la conductivité thermique du tissu dans le cadre de la gestion des plaies.Le principal avantage de ce dispositif par rapport aux outils existants basés sur des inspections visuelles au microscope est qu'il permet une surveillance quantitative multifonctionnelle de la température et de la conductivité thermique près du tissu lésé. Le dispositif souple, biocompatible et portatif sur la peau offre les fonctions et caractéristiques nécessaires à une utilisation en milieu clinique, et présente un fort potentiel pour répondre à des enjeux importants dans la prise en charge des plaies chroniques. Ce protocole de dépôt par centrifugation peut être réalisé sur des tranches de silicium de n'importe quelle taille.Pour commencer, dégraissez les tranches avec de l'acétone et de l'alcool isopropylique. Rincez-les ensuite avec de l'eau déionisée et séchez-les à l'azote. Déshydratez la tranche pendant trois minutes sur une plaque chauffante réglée à 110 degrés Celsius.Effectuez maintenant un dépôt par centrifugation de cinq grammes de PDMS sur les tranches à 3000 tr/min pendant une minute. Terminez le processus en durcissant les tranches sur une plaque chauffante réglée à 150 degrés Celsius pendant une demi-heure. Après un traitement UV des tranches recouvertes de PDMS pendant trois minutes, appliquez une couche de polyamide par centrifugation sur les tranches. Appliquez deux millilitres à l’aide d’une pipette et centrifugez à 4 000 tr/min pendant une minute afin d’obtenir une couche de 1,2 micron.Pré-cuire ensuite les plaquettes sur une plaque chauffante à 150 degrés Celsius pendant cinq minutes, puis les cuire au four à 250 degrés Celsius pendant deux heures. Ensuite, déposer par évaporation sous faisceau d'électrons une couche de chrome de 20 nanomètres d'épaisseur pour l'adhérence, suivie d'une couche de cuivre de trois micromètres d'épaisseur pour la conductivité. Puis, appliquer par spin-coating deux millilitres de résine photosensible sur les plaquettes en trois étapes afin d'obtenir une couche de moins de 10 micromètres.Placez maintenant les plaquettes sur une plaque chauffante à 75 degrés Celsius pendant 30 minutes. Ensuite, utilisez un aligneur UV à 10 milliwatts par seconde pour centrer le motif électronique en cuivre sur la plaquette. Appliquez un temps d'exposition de 25 secondes.Un motif fractal est utilisé pour fabriquer des capteurs et une trame ouverte est réalisée pour les interconnexions. Développer la résine photosensible dans une solution révélatrice à 33 % pendant une minute. Rincer ensuite les puces avec de l'eau déionisée et les sécher sous un flux d'azote.Avant de poursuivre, vérifiez au microscope les motifs afin de détecter d'éventuels défauts. Ensuite, gravez le cuivre sur la plaquette à l'aide d'un bain de gravure chimique de six minutes. Après la gravure, rincez et séchez les plaquettes.Comme précédemment, vérifiez les motifs gravés au microscope, car une surgravure supérieure à 20 % entraîne des défaillances mécaniques. Pour graver la couche de chrome, appliquez cinq minutes de gravure ionique réactive. Après vérification du gravure, éliminez les résines photosensibles résiduelles avec 10 millilitres d'acétone, suivis de 10 millilitres d'isopropanol.Et troisièmement, 20 millilitres d’eau déionisée. Après les bains, séchez les tranches sous un flux d’azote. Pour ce protocole, préparez 10 grammes d’un mélange de silicone d’encapsulation pour le matériau cible sur lequel les composants électroniques seront transférés, dans une boîte de Pétri de 10 centimètres de large.Appliquer une couche par rotation, huit grammes du mélange à 150 tr/min pendant une minute, pour obtenir un revêtement en silicone d'un demi-millimètre. Laisser polymériser toute la nuit à température ambiante.Ensuite, fixez des morceaux de ruban soluble dans l'eau de taille appropriée sur les puces de motif afin de former une surface lamifiée pour les motifs électroniques. Après avoir fixé le ruban, chauffez les tranches pendant trois minutes à 130 degrés Celsius. Puis, retirez rapidement le ruban afin de détacher et récupérer les composants électroniques sur les motifs de récupération.Utilisez une évaporation par faisceau d'électrons pour déposer 20 nanomètres de chrome afin d'améliorer l'adhérence. Déposez ensuite 50 nanomètres de dioxyde de silicium sur la couche de chrome. Récupérez maintenant la couche de silicone et traitez-la avec une lumière UV de 365 nanomètres pendant deux minutes à 8,9 milliwatts par centimètre carré.Cela active la surface avec le silicone activé. Appuyez fermement les composants électroniques récupérés dans le silicone et répartissez-les uniformément sur le matériau cible. Ensuite, traitez le ruban avec de l'eau pour le dissoudre, puis, après cinq minutes, retirez délicatement le ruban.Ensuite, rincez le silicone avec de l'eau déionisée et séchez-le sur une plaque chauffante à 90 degrés Celsius pendant une minute. Pour créer le dispositif, commencez par recouvrir les plots de contact avec un morceau rectangulaire de PDMS en utilisant la force d'adhésion de Vander Wall. Passez maintenant au transfert des composants électroniques : appliquez par rotation cinq grammes de mélange de silicone encapsulé à 4 000 tr/min pendant une minute.Cela forme une couche d'une épaisseur de cinq microns, qui est polymérisée toute la nuit à température ambiante. Le lendemain, nettoyez les plots du capteur avec un demi-millilitre de flux liquide pour acier pendant trois secondes. Ensuite, fixez un câble ruban souple sur les points de contact à l'aide d'une pression et d'une chaleur supérieures à 60 degrés Celsius.Vérifiez les connexions à l’aide d’un multimètre. La résistance entre la pastille du capteur et le câble en film, espacés d’un centimètre, doit être inférieure à un ohm. Reliez l’autre extrémité du câble ruban à une carte de circuit personnalisée de la même manière. Enfin, connectez l’appareil à un matériel d’acquisition de données en soudant des fils conventionnels sur la carte de circuit imprimé.À l'aide du protocole décrit, le dispositif capteur électronique a été fabriqué. La flexibilité du dispositif a été examinée. Aucune fracture mécanique sous contrainte de traction n'est survenue et le dispositif était fonctionnel.La résistance en six emplacements de capteurs a été mesurée à l’aide d’un plateau chauffant de haute précision. Une relation linéaire a montré que les capteurs étaient correctement étalonnés pour détecter des variations subtiles de température. En outre, un signal trois oméga modifié a été utilisé pour évaluer la conductivité thermique avec l’appareil dans un cadre clinique.L'appareil a été utilisé pour surveiller la cicatrisation des plaies après une chirurgie pendant un mois au maximum. La température du processus de cicatrisation des plaies a ainsi été mesurée. Une inflammation intense a été observée sur le site de la plaie au troisième jour, ce qui se reflète par une augmentation marquée de la température enregistrée par l'appareil.Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière de fabriquer un dispositif électrique ischémique conforme pour une prise en charge quantitative des plaies chez les patients.

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