Hollow microago-based sensore per Multiplexed transdermico elettrochimica Sensing

L'obiettivo generale di questa procedura è realizzare un sensore basato su microlancette multiplex per il rilevamento elettrochimico transdermico di diversi analiti bersaglio che possono essere misurati simultaneamente. Il primo passaggio consiste nel realizzare array di microlancette cave mediante litografia a luce ultravioletta e creare le cavità per l'array di elettrodi utilizzando la microlavorazione laser. Successivamente, preparare le singole paste di carbonio e riempire le cavità dell'array di elettrodi.

Successivamente, calibrare ciascuna delle paste di carbonio su un intervallo di concentrazioni fisiologicamente rilevanti. In definitiva, si ottiene un dispositivo elettrochimico transdermico in vivo in grado di misurare simultaneamente più analiti in microambienti fisiologici complessi per una gamma di applicazioni biomediche. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti è la capacità di eseguire rilevamenti multiplex in modo minimamente invasivo.

Questo dispositivo può essere utilizzato come strumento di ricerca per misurare risposte mediche acute, comprendere le adattamenti durante l'esercizio fisico e monitorare malattie che interessano la pelle. Le implicazioni di questo sensore microneedle in vivo puntano verso la diagnosi di tumori cutanei poiché i microambienti tumorali possono fungere da indicatori della proliferazione e metastasi tumorale. Il nostro obiettivo con questo dispositivo è utilizzare matrici di microneedle come meccanismo minimamente invasivo per accedere al liquido interstiziale dermico ai fini dell'analisi elettrochimica.

Iniziare con il software di modellazione tridimensionale, SolidWorks, e progettare un array di micropunture cave con forma parametrale. Successivamente, utilizzando il software Magic's RP 13, progettare una struttura di supporto che fornisca una base sulla quale costruire le micropunture. Quindi, controllare il processo di fabbricazione mediante il software refrattario RP.

Caricare entrambi i file di supporto collegati e della matrice di microaghi. Quindi selezionare il numero di matrici di microaghi da produrre e determinare la posizione dei dispositivi sulla piastra di fabbricazione all'interno del sistema di produzione per prototipazione rapida pery. Selezionare la modalità ultravioletta a 100 milliwatt ed eseguire la procedura di calibrazione.

Verificare che la deviazione dell'energia sia compresa tra meno e più due milliwatt. Una volta completata la fabbricazione dell'array di micropunture, rimuovere l'array dalla piastra di base. Sviluppare in isopropanolo per 15 minuti.

Quindi asciugare le matrici con aria compressa per garantire una completa polimerizzazione. Indurire i microneedle a temperatura ambiente per 50 secondi. Esaminare i microneedle mediante microscopia ottica.

Verificare che ogni canale di micropuntura completamente realizzato sia cavo e privo di ostruzioni. Esporre i fili di rame sottostanti, singolarmente indirizzabili, all'interno di un cavo piatto e flessibile. Creare i modelli per l'ablazione laser e inviare tali modelli al sistema laser.

Ora, posizionare i cavi in un dispositivo di bloccaggio per allinearli correttamente sulla piastra di ablazione laser; mediante un approccio di rasing, creare cavità di diametro pari a 500 micrometri nella parte isolante del cavo flessibile. Pulire i cavi flessibili piani modificati con un aerografo che spruzza acetone, a 40 PSI, quindi risciacquare con isopropanolo e acqua deionizzata utilizzando un microscopio ottico.

Verificare che nessun film isolante sia presente sulle strisce di rame esposte. Il passaggio successivo consiste nel creare una cavità di ritenzione per le paste di carbonio, utilizzando il nastro ABL Melanox contenente un adesivo acrilico sensibile alla pressione su un solo lato, secondo lo schema precedentemente usato per le strisce degli elettrodi. Posizionare ora il nastro sopra le strisce degli elettrodi ablate.

Comprimere il nastro per garantire una connessione adeguata. Quindi ablare il nastro melin X bifacciale e allineare il nastro per consentire l'adesione tra gli array di micropunture e gli array di elettrodi in pasta di carbonio. Mescolare 10 milligrammi di glucosio ossidasi e 2,2 milligrammi di polietileneammina in una pasta di carbonio sensibile al glucosio omogenea.

Quindi aggiungere 60 milligrammi di rodio su polvere di carbonio e mescolare con 40 milligrammi di olio minerale. Conservare la pasta a quattro gradi Celsius per la pasta di carbonio sensibile al pH. Mescolare il 30% di olio minerale e il 70% di polvere di grafite. Utilizzando un sottile pezzo di plastica come spatola, compattare la pasta nella cavità dell'elettrodo fino a ottenere una superficie liscia.

Ripetere con un secondo contenitore pulito fino a rimuovere l'eccesso di pasta. Quindi lavare con acqua deionizzata. Successivamente, posizionare una goccia di 20 microlitri di soluzione appena preparata di blue fast sulla superficie dell'elettrodo a pasta compatta.

Dopo un periodo di incubazione di 30 minuti, risciacquare con acqua deionizzata per la pasta di carbonio sensibile al lattato. Combinare 2,5 milligrammi di rodio su polvere di carbonio con 2,5 milligrammi di lattato ossidasi. Alternare cinque minuti di sonificazione e cinque minuti di vortex per cinque cicli.

Procedere a inserire la pasta nella cavità dell'elettrodo. Infine, risciacquare con acqua deionizzata per rilevare il lattato. Misurare la risposta cronometrica e parametrica del sensore e registrare la corrente dopo 15 secondi per rilevare il glucosio.

Misurare la risposta cronopotenziometrica del sensore per creare successivamente le curve di calibrazione per i sensori di lattato e di glucosio. Aggiungere l'analita corrispondente prima delle misurazioni cronopotenziometriche e parametriche. In alternativa, eseguire misurazioni cronopotenziometriche e parametriche a potenziale fisso sotto agitazione.

Consentire un tempo sufficiente tra ogni aggiunta di analita per garantire la stabilizzazione della corrente. Per monitorare il pH, eseguire scansioni voltammetriche cicliche e registrare le posizioni dei valori del potenziale di picco ossidativo; creare curve di calibrazione del pH misurando la posizione del potenziale di picco ossidativo nei voltammogrammi ciclici registrati a una serie di valori di pH noti. Il processo di costruzione di un sensore basato su microneedle multiplex inizia con la progettazione dell'array di microneedle in SolidWorks, seguita dalla progettazione delle strutture di supporto in magic's RP 13.

Queste microfotografie al microscopio elettronico a scansione mostrano un array di microlancette e una singola microlancetta all'interno di questo array. La piattaforma sensoristica del sensore basato su microlancette viene creata mediante ablazione laser per realizzare gli array di elettrodi nel cavo piatto e flessibile, e successivamente riempiendo questi array con pasta di carbonio. Vengono presentate le reazioni elettrocatalitiche per glucosio e lattato insieme ai parametri operativi per il rilevamento.

Questa tipica calibrazione della pasta sensibile al lattato con scansioni cronometriche di 15 secondi mostra ogni incremento di corrente corrispondente a un aggiunta di due millimoli di lattato. Viene utilizzata una singola scansione cronometrica continua durante il monitoraggio; la calibrazione del sensore per il glucosio viene effettuata aggiungendo concentrazioni di glucosio e successivamente permettendo alla corrente di stabilizzarsi. Questo schema mostra le reazioni elettrocatalitiche per la rilevazione dell'acidità: qui, i grammi ciclici all'elettrodo microaghetto sensibile al pH in tampone fosfato 0,1 molare sono mostrati in quattro soluzioni diverse con valori di pH compresi tra 5 e 8, con incrementi di un'unità.

Poiché il potenziale del picco ossidativo si sposta con l'aumento dei valori di pH, questo fenomeno viene utilizzato come indicatore del valore di pH. Una volta acquisita padronanza, questo dispositivo può essere fabbricato correttamente in due giorni. Quando si esegue questa procedura, è importante notare che le diverse tipologie di carbonio non manterranno la loro selettività se mescolate tra loro.

Seguendo questa procedura, ulteriori punti di carbonio selettivi possono essere aggiunti all'array di elettrodi al fine di monitorare altri analiti nella pelle. Lo sviluppo di questo dispositivo potrebbe aprire la strada ai ricercatori nel campo dei sensori indossabili per effettuare diagnosi mediche ed esplorare questioni fondamentali di scienza biomedica.