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.
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Articolo metodologico
Fabbricazione e la caratterizzazione di un Conformal pelle simile sistema elettronico di gestione quantitativa, cutanea Ferita
In questo articolo
Sommario
Abstract
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.
Introduzione
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, sopra....
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Protocollo
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 son....
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Risultati
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 c.......
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Discussione
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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Dichiarazioni
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.
Ringraziamenti
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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Materiali
| 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) |
Riferimenti
- Dargaville, T. R., et al. Sensors and imaging for wound healing: A review. Biosens Bioelectron. 41, 30-42 (2013).
- Panuncialman, J., Hammerman, S., Carson, P., Falanga, V. Wound edge biopsy sites in chronic wounds heal rapidly and do not result in del....
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Ristampe e permessi
