Questo articolo presenta metodi per fabbricare e caratterizzare un sistema elettronico conforme, simile alla pelle, e protocolli per l'uso in applicazioni cliniche, in particolare sulla gestione delle ferite cutanee.
Articolo metodologico
Questo articolo presenta metodi per fabbricare e caratterizzare un sistema elettronico conforme, simile alla pelle, e protocolli per l'uso in applicazioni cliniche, in particolare sulla gestione delle ferite cutanee.
I recenti progressi nello sviluppo di tecnologie elettroniche e dispositivi biomedici offrono opportunità per una valutazione quantitativa non invasiva della guarigione delle ferite cutanee sulla pelle. I metodi esistenti, tuttavia, si basano ancora su ispezioni visive attraverso vari strumenti e dispositivi microscopici che normalmente includono sistemi sofisticati e ad alto costo e richiedono personale ben addestrato per il funzionamento e l'analisi dei dati. Qui, descriviamo metodi e protocolli per fabbricare un sistema elettronico conforme, simile alla pelle, che consente la laminazione conforme alla superficie della pelle vicino ai tessuti della ferita, che fornisce la registrazione di segnali elettrici ad alta fedeltà come la temperatura della pelle e la conduttività termica. I metodi di fabbricazione del dispositivo forniscono dettagli sulla preparazione passo dopo passo del sistema microelettronico che è completamente racchiuso con materiali siliconici elastomerici per offrire isolamento elettrico. Lo studio sperimentale presenta le caratteristiche multifunzionali, biocompatibili, impermeabili, riutilizzabili e flessibili/estensibili del dispositivo per applicazioni cliniche. I protocolli di test clinici forniscono una panoramica e un processo sequenziale di pulizia, configurazione dei test, funzionamento del sistema e acquisizione dei dati con l'elettronica simile alla pelle, montata delicatamente su ferite cutanee ipersensibili e tessuti controlaterali dei pazienti.
In studio clinico e della ricerca biomedica, il monitoraggio di guarigione della ferita si è concentrata su un metodo invasivo che si basa sulla valutazione istologica del tessuto variazione morfologica nelle ferite 1,2. Recentemente, rapidi progressi nelle tecnologie elettroniche consentono lo sviluppo di immagini e strumenti di analisi di alta precisione in grado di ispezionare visivamente il processo di guarigione delle ferite attraverso l'imaging digitale 3,4 o la microscopia confocale a scansione e spettroscopia 4,5. Tuttavia, tali approcci di imaging richiedono costi elevati, strumenti ottici complessi e operazioni, e, soprattutto, i pazienti devono essere immobilizzata durante la prova. Pertanto, esiste la necessità di nuovi dispositivi e sistemi che sono quantitative, non invasivo, facile da usare, poco costoso, e multifunzionale per offrire una gestione più accurata della ferita.
Qui, si introduce un sistema elettronico simil-pelle, che fornisce precise e in tempo reale la mappatura della temperatura e termiche conductivity e offre un livello preciso di riscaldamento nei siti della ferita via conformazionale laminazione del dispositivo non invasivo. Questo dispositivo presenta una classe di tecnologie, impianti a pelle epidermica elettronici che sono progettati per corrispondere alle proprietà meccaniche e dei materiali (spessore totale, rigidezza flessionale, moduli efficaci, e la densità di massa) dell'epidermide 6-9.
Il dispositivo è stato progettato in un,, impermeabile pelle-amichevole biocompatibile, e la forma riutilizzabile che può essere lavato e disinfettato per le applicazioni cliniche sui pazienti 10. Il dispositivo elettronico conforme montato vicino tessuti ferita cattura fase di infiammazione (uno dei processo di guarigione delle ferite), causata da un aumento del flusso sanguigno e reazioni enzimatiche alla ferita 11,12, attraverso la registrazione quantitativa di temperatura 8 e conducibilità termica 13, correlato alla idratazione . Studi sperimentali e computazionali determinano un design ottimale meccanica per alloggiomangiato movimenti naturali e applicate ceppi senza frattura meccanica e catturare fisica di base di stretching meccanica dell'elettronica pelle-like che laminati conformally sulla superficie della pelle, che offre acquisizione di segnali ad alta fedeltà.
I protocolli descritti in questo articolo presentano i metodi di microfabbricazione per sistemi elettronici simil-pelle, test di preparazione compresa la pulizia del dispositivo, l'installazione apparecchi in ambito clinico, e applicazioni cliniche per il monitoraggio quantitativo della temperatura e conducibilità termica sulle ferite cutanee.
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Gli esperimenti per la fabbricazione del dispositivo, la laminazione della pelle, e la caratterizzazione riportati nelle figure 1, 2, e 4 coinvolti due volontari, tutte eseguite nel nanoingegneria Laboratorio Bio-interfacciato alla Virginia Commonwealth University (VCU), Richmond, VA, USA. Questo studio è stato approvato dal VCU Institutional Review Board (numero di protocollo: HM20001454) e ha seguito le linee di ricerca della VCU umano di ricerca. I dati del dispositivo e clinici illustrati nelle figure 3 e 5 sono stati acquisiti da questo articolo pubblicato 10 dove sono stati condotti gli esperimenti su pazienti con il protocollo (numero: STU69718) approvato dal Institutional Review Board, Northwestern University, Chicago, IL, USA.
Fabrication 1. Dispositivo
NOTA: La figura 2 presenta illustrazioni schematiche per l'intero processo di fabbricazione.
2. sperimentazione clinica
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Figura 1 presenta una panoramica delle caratteristiche del conformazionale, sistema elettronico skin-like, progettato per quantitativa, gestione cutanea avvolto su pazienti. Il dispositivo elettronico multifunzionale costituito da microscala strutture frattali 3,14 e serpentino filamentosa traccia 9,17 su una membrana elastomerica sottile che offre un'eccezionale elasticità meccanica e piegabilità. Il dispositivo compatibile che è completamente racchiuso da strati di silicone conse...
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Questo articolo evidenzia i metodi e i protocolli per fabbricare un sistema elettronico conforme, simile alla pelle, che consente la laminazione conforme vicino ai tessuti della ferita, che offre una misurazione quantitativa della temperatura cutanea e la mappatura della conducibilità termica sulla pelle.
Le caratteristiche principali includono l'utilizzo di nuove tecniche di stampa a trasferimento di materiali e l'integrazione di materiali hard-soft per progettare e sviluppare il dispositivo...
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Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.
Questo lavoro è stato sostenuto dal finanziamento di avvio della Scuola di Ingegneria, Virginia Commonwealth University e alcuni dei dispositivi elettronici sono stati preparati presso le strutture di microfabbricazione della Virginia Wright Microelectronics Center. Riconosciamo i ricercatori che hanno fatto contributi per il dispositivo e dati clinici (figure 3 e 5 in questo articolo), acquistato dal articolo pubblicato 10. W.-HY grazie Yoshiaki Hattori per il, software di registrazione dati su misura.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Wafer di silicio da 3" | University Wafer, USA | Utilizzare come supporto per fabbricare il dispositivo | |
| Acetone | Fisher Scientific, USA | A18-1 | Utilizzare per pulire un wafer e rimuovere il fotoresist |
| Isopropanolo (IPA) | Fisher Scientific, USA | A459-1 | Utilizzare per pulire un wafer |
| Fotoresist AZ4620 | AZ Electrionic Materials, USA | Utilizzare per creare modelli su metalli e polimeri | |
| Sviluppatore AZ400K | AZ Electrionic Materials, USA | Utilizzare per sviluppare il fotoresist AZ4620 | |
| Mordenzante | al cromo Transene, USA | 1020AC | Utilizzare per incidere lo strato di Cr del dispositivo |
| Mordenzante al rame | Transene, USA | ASP-100 | Utilizzare per incidere lo strato di Cu del dispositivo |
| Kit di elastomeri siliconici Sylgard 184 (PDMS) | Dow Corning, USA | 39100000 | Utilizzare come substrato per il recupero "a secco" |
| PI2545 polyimmide | HD MicroSystem, USA | Utilizzare per incapsulare lo strato metallico | |
| Solaris | Smooth-On, USA | Utilizzare come substrato e per incapsulare il dispositivo | |
| Petridish | Carolina, USA | 741255 | Utilizzare come stampo per realizzare il substrato |
| Nastro di saldatura ad onda idrosolubile 5414 | 3M, USA | AM000000217 | Utilizzare per recuperare il dispositivo dallo strato PDMS |
| Flusso di acciaio inossidabile liquido ad alta attività | Worthington, USA | 331929 | Utilizzare per rimuovere lo strato di ossidazione sul cavo flessibile in microfilm |
| Cu Elform, USA | Utilizzare per effettuare il collegamento elettrico tra il dispositivo elettronico e il sistema di acquisizione dati | ||
| Pulitore a pH neutro Australian | Gold, USA | Utilizzare come soluzione disinfettante per pulire il dispositivo nei test clinici | |
| Solder | Kester, USA | 24-6337-9703 | Utilizzare come materiale per saldare fili duri |
| Lampada ultravioletta | Cole-Parmer, USA | 97600-00 | Utilizzare per attivare lo strato PDMS come superficie idrofila |
| Multiplexer | FixYourBoard, USA | U802 | Utilizzare per acquisire misurazioni da sei componenti di rilevamento |
| Sorgente di corrente CC/CA | Keithley, USA | 6221 | Utilizzare per alimentare la corrente |
| SMD Digital Hot Air Rework Station | Aoyue, Cina | 968A+ | Utilizzare per saldare fili duri, per collegare elettricamente il dispositivo e strumenti esterni |
| Telecamera a infrarossi | FLIR, USA | 435-0001-01-00 | Utilizzare per acquisire immagini a infrarossi nell'esperimento |
| Multimetro digitale | Fluke, USA | 117 | Da utilizzare per controllare il collegamento elettrico |
| Amplificatore lock-in | Stanford Research System, USA | SR830 | Da utilizzare per eseguire la misurazione con sonda a quattro punti |
| Evaporatore a fascio di elettroni | in scala 9 Prodotti per vuoto, USA | Da utilizzare per depositare film sottili (Cu e SiO2) |
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