Fabrication et caractérisation d'un système électronique conforme de la peau comme pour la gestion quantitative, cutanée plaies

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.