חיישן הולו Microneedle מבוסס על מרובב דרך העור אלקטרוכימי חישה

המטרה הכוללת של הליך זה היא לייצר חיישן מבוסס מיקרו-מחט מרובה לזיהוי אלקטרוכימי טרנסדרמלי של לייטים מטרה שונים הניתנים למדידה בו זמנית. השלב הראשון הוא לייצר מערכי מיקרו-מחטים חלולים באמצעות ליתוגרפיה מסתורית וליצור חללי מערך אלקטרודות באמצעות עיבוד מיקרום לייזר. לאחר מכן הכינו את משחות הפחמן האישיות ומלאו את חללי מערך האלקטרודות.

לאחר מכן, כייל כל אחת ממשחות הפחמן על פני טווח של ריכוזים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית. בסופו של דבר, נוצר מכשיר אלקטרוכימי טרנסדרמלי in vivo המסוגל למדוד בו זמנית אנליטים מרובים במיקרו-סביבות פיזיולוגיות מורכבות למגוון יישומים ביו-רפואיים. היתרון העיקרי של טכניקה זו של השיטות הקיימות שלך הוא היכולת לבצע חישת מולטיפלקס בצורה זעיר פולשנית.

מכשיר זה יכול לשמש ככלי מחקר למדידת תגובות רפואיות חריפה, השגת הבנה של הסתגלות במהלך פעילות גופנית ומעקב אחר מחלות המשפיעות על העור. ההשלכות של חיישן מיקרו-מחט InVivo זה משתרעות לקראת אבחון גידולי עור מכיוון שמיקרו-סביבות גידול יכולות לשמש אינדיקטורים להתפשטות הגידול ולגרורות. המטרה שלנו במכשיר זה היא להשתמש במערכי מיקרו-מחטים כמנגנון זעיר פולשני לגישה לניתוח אלקטרוכימי של רצפת נוזל ביניים עורי.

התחל בתוכנת המידול התלת מימדית, SolidWorks ותכנן מערך מיקרו-מחטים חלול בצורת פרמטאל. לאחר מכן שימוש בעיצוב תוכנת RP 13 של מג'יק, מבנה תמיכה המספק בסיס שעליו בנויים המיקרו-מחטים. לאחר מכן, שלוט בתהליך הייצור באמצעות תוכנת ה-RP של המפעל.

העלה גם את התמיכה המקושרת וגם את קבצי מערך המיקרו-מחטים. לאחר מכן בחר את מספר מערכי המיקרו-מחטים שיש לייצר, וקבע את מיקום המכשירים על לוחית הייצור במערכת ייצור האב טיפוס המהירה. בחר במצב אולטרה סגול ב -100 מילי-וואט ובצע את הליך הכיול.

ודא שהסטייה באנרגיה היא בטווח של פלוס מינוס שני מילי-וואט. לאחר השלמת הייצור של מערך המיקרו-מחטים, הסר את מערך המיקרו-מחטים מלוחית הבסיס. פתח איזופרופנול למשך 15 דקות.

לאחר מכן יבש את המערכים באוויר דחוס כדי להבטיח פילמור מלא. רפאו את המיקרו-מחטים בטמפרטורת החדר למשך 50 שניות. בדוק את המיקרו-מחטים באמצעות מיקרוסקופ אור.

ודא שכל קידוח מיקרו-מחט מפוברק במלואו הוא חלול וללא הפרעה. חשוף את חוטי הנחושת המחברים הבסיסיים הניתנים להתייחסות בנפרד בכבל שטוח וגמיש. צור דפוסים לאבלציה בלייזר ושלח דפוסים אלה למערכת הלייזר.

כעת, מקם את הכבלים בג'יג כדי ליישר אותם כראוי על לוחית אבלציה בלייזר בגישת גידול, צור חללים בקוטר 500 מיקרומטר בחלק המבודד של הכבל הגמיש. נקה את הכבלים הגמישים השטוחים ששונו בעזרת מברשת אוויר המרססת אצטון. ב-40 PSI יש לשטוף עם איזופרופנול ומים נטולי יונים באמצעות מיקרוסקופ אור.

ודא שלא נשאר סרט בידוד מעל רצועות הנחושת החשופות. השלב הבא הוא יצירת חלל אחיזה עבור משחות הפחמן ABL melanox tape המכיל דבק אקרילי חד צדדי רגיש ללחץ בתבנית ששימשה בעבר לרצועות אלקטרודות. כעת כוון את הסרט מעל רצועות האלקטרודות המנותקות.

דחוס את הסרט כדי להבטיח חיבור תקין. לאחר מכן מבטלים סרט מלין X דו צדדי, ויישרו את הסרט כדי לאפשר הדבקה בין מערכי המיקרו-מחטים למערכי האלקטרודות של משחת הפחמן. מערבבים 10 מיליגרם של גלוקוז אוקסידאז ו-2.2 מיליגרם פוליאתילן אמין למשחת פחמן רגישה לגלוקוז הומוגנית.

לאחר מכן מוסיפים 60 מיליגרם רודיום על אבקת פחמן ומערבבים פנימה 40 מיליגרם שמן מינרלי. אחסן את העיסה בארבע מעלות צלזיוס עבור משחת הפחמן הרגישה ל-pH מערבבים 30% שמן מינרלי ואבקת גרפיט 70%. בעזרת חתיכת פלסטיק דקה ככף, אורזים את הדבק לחלל האלקטרודה עד להשגת משטח חלק.

חזור על הפעולה עם סירת שקילה נקייה שנייה עד להסרת הדבק העודף. לאחר מכן שוטפים במים נטולי יונים. לאחר מכן הניחו טיפה של 20 מיקרוליטר של תמיסה כחולה מהירה שהוכנה טרייה מעל אלקטרודת הדבק הארוזה.

לאחר תקופת דגירה של 30 דקות, יש לשטוף במים נטולי יונים למשחת הפחמן הרגישה ללקטט. משולב 2.5 מיליגרם רודיום על אבקת פחמן עם 2.5 מיליגרם לקטט אוקסידאז. לסירוגין בין חמש דקות של סוניקציה לחמש דקות של מערבולת לחמישה סיבובים.

המשך לארוז את הדבק לחלל האלקטרודה. לבסוף, שטפו במים נטולי יונים כדי לזהות לקטט. מדוד את התגובה הכרונולוגית והפרמטרית של החיישן ורשום את הזרם לאחר 15 שניות כדי לזהות גלוקוז.

מדוד את התגובה הכרונו-אנדרית של החיישן כדי ליצור את עקומות הכיול עבור חיישני לקטט וגלוקוז ברצף. הוסף את האנליט המתאים לפני כרונו ומדידות פרמטריות. לחלופין, בצע מדידות כרונו ופרמטריות פוטנציאליות קבועות תוך כדי ערבוב.

אפשר מספיק זמן בין כל תוספת אנליטית לייצוב זרם. כדי לנטר את ה-pH, בצע סריקות מטריות נפח מחזוריות, ורשום את המיקומים של ערכי שיא פוטנציאל החמצון ליצור עקומות כיול pH על ידי מדידת המיקום של פוטנציאל השיא החמצוני בגרמי וולט מחזוריים שנרשמו על פני סדרה של ערכי pH ידועים. תהליך בניית חיישן מבוסס מיקרו-מחט מרובה מתחיל בתכנון מערך המיקרו-מחטים ב-SolidWorks, ולאחר מכן תכנון מבני התמיכה ב-RP 13 של מג'יק.

מיקרוגרפי אלקטרונים סורקים אלה מראים מערך מיקרו-מחטים ומיקרו-מחט בודדת בתוך מערך זה. פלטפורמת החישה של החיישן מבוסס המיקרו-מחט נוצרת על ידי שימוש באבלציה בלייזר ליצירת מערכי האלקטרודות בכבל השטוח והגמיש, ולאחר מכן מילוי מערכים אלה במשחת פחמן. התגובות האלקטרו-קטליטיות לגלוקוז ולקטט מוצגות יחד עם פרמטרי ההפעלה לזיהוי.

כיול טיפוסי זה של משחה רגישה ללקטט עם סריקות כרונומטריות של 15 שניות מראה כל עלייה בזרם המקבילה לתוספת של שני מילי-מולרים של לקטט. נעשה שימוש בסריקה כרונומטרית רציפה אחת תוך כדי ניטור הסוכר, כיול החיישן נעשה על ידי זינוק בריכוזי הגלוקוז ולאחר מכן מאפשר לזרם להתייצב. סכימה זו מציגה את התגובות האלקטרו-קטליטיות לזיהוי חומציות כאן, גרמים מחזוריים במיקרו-מחט הרגישה ל-pH במאגר פוספט מולארי של 0.1 מוצגים על פני ארבע תמיסות שונות עם ערכי pH הנעים בין חמש לשמונה במרווחים של יחידה אחת.

מכיוון שפוטנציאל השיא החמצוני משתנה עם הגדלת ערכי ה-pH, תופעה זו משמשת כאינדיקטור לערך ה-pH. לאחר השליטה, ניתן לייצר מכשיר זה כראוי תוך יומיים. כאשר מנסים הליך זה, חשוב לציין שקצב הפחמן השונים לא ישמרו על הסלקטיביות שלהם אם יתערבבו זה עם זה.

בעקבות הליך זה, ניתן להוסיף קצב פחמן סלקטיבי נוסף למערך האלקטרודות על מנת לנטר אנליטים אחרים בעור. פיתוח מכשיר זה עשוי לסלול את הדרך לחוקרים בתחום החיישנים הלבישים לבצע אבחון רפואי ולחקור שאלות בסיסיות במדע הביו-רפואי.