Name: Fabbricazione e la caratterizzazione di un Conformal pelle simile sistema elettronico di gestione quantitativa, cutanea Ferita (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-09-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 50 s
Description: Impara a fabbricare un dispositivo elettronico conforme simile alla pelle per la gestione quantitativa delle ferite cutanee. Questo metodo consente il monitoraggio in tempo reale di temperatura e conducibilità termica del tessuto.

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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.

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&#39;intero processo di fabbricazione. <ol><li> Preparare un substrato di supporto<ol><li> Tagliare un bare 3 in silicio (Si) wafer nella dimensione desiderata dell&#39;elettronica utilizzando una lama diamantata. NOTA: Circa la metà di Si wafer dà una dimensione ideale per il dispositivo ferita. </li><li> Sgrassare Si cialda con acetone e alcool isopropilico (IPA). Lavare il wafer con acqua deionizzata (DI) e poi asciugare con azoto e disidratare su una piastra riscaldante a 110 ° C per 3 min. </li><li> Preparare 11 g di polidimetilsilossano (PDMS) miscela con rapporto 10: 1 volume di base e induritore e degassare la miscela in una camera a vuoto per un&#39;ora. NOTA: PDMS viene utilizzato per un recupero modello asciutto e trasferire la stampa dopo la microfabbricazione, che è preferibile alla chimica umida (acetone) approccio sede dallo studio precedente 7. </li><li> Spin coat 5 g di soluzione di PDMS mista su wafer a 3.000 rpm per 1 min e curare completamente su una piastra riscaldante a 150 ° C per 30 min. </li></ol></li><li> Materiali di deposito e di pattern elettronici <ol><li> Trattare il PDMS-cwafer oated con ultravioletti (UV) / ozono utilizzando una lampada UV (8,9 mW / cm 2) per 3 min a rendere la superficie idrofila. NOTA: La superficie idrofila offre rivestimento uniforme di strati supplementari sulle PDMS. </li><li> Poliimmide Spincoat (PI; 2 ml) sulle PDMS rivestite wafer, pipettando, a 4.000 rpm per 1 min per formare uno strato di 1,2 micron di spessore, pre-cuocere su una piastra riscaldante a 150 ° C per 5 min, e post- cuocere in forno a 250 ° C per 2 ore. </li><li> Deposito di cromo (Cr) per formare uno strato di 20 nm di spessore e poi depositare in rame (Cu) per formare uno strato di 3 micron di spessore mediante fascio elettronico (e-beam) di evaporazione (pressione di base: ~ 1 × 10 -7 Torr , pressione di deposizione: ~ 1 × 10 -6 Torr, velocità di deposizione: 1-5 Å / s). Monitorare lo spessore del film dall&#39;interfaccia regolatore deposizione integrato nell&#39;evaporatore. NOTA: Lo spesso strato di Cu fornisce sufficienti livelli di conducibilità elettrica sulle resistenze microscala del dispositivo e sottile strato di Crviene utilizzato per promuovere l&#39;adesione tra PI e Cu. </li><li> Spincoat un fotoresist (2 ml) con tre gradini 900 rpm per 10 sec, 1.100 rpm per 60 sec, e 4.000 rpm per 20 sec e poi curare su una piastra riscaldante a 75 ° C per 30 min. NOTA: Le fasi successive sopra descritte sono stati usati per depositare una spessa (&gt; 10 micron) fotoresist. </li><li> Allineate Cu elettronici modelli (sensori; frattale &#39;Peano&#39; con 35 micron di larghezza e interconnessioni; disegno a griglia serpentina aperto con 50 micron di larghezza) al centro del Si wafer utilizzando un allineatore UV (potenza: 10 mW / sec) con il tempo di esposizione 25 s. NOTA: Le strutture frattali sono utilizzati per fornire elasticità meccanica superiore, rispetto al solo serpeggianti caratteristiche 14. </li><li> Sviluppare il photoresist in uno sviluppatore di base diluito (rapporto 1: 2 di sviluppatore e acqua deionizzata) per un minuto, risciacquare con acqua deionizzata e asciugare con azoto. Controllare i modelli frattali (Cu e interconnessioni) utilizzando un microscopo di confermare la dimensione del tratto e trovare qualsiasi difetto da particolato. NOTA: Se ci sono difetti indesiderati, quindi rimuovere photoresist sciacquando con acqua acetone / IPA / DI. Dopo l&#39;asciugatura con azoto, ripetere i passaggi da 1.2.4 a 1.2.6. </li><li> Etch strato Cu sulla Si wafer immergendo in un agente di attacco chimico umido per ~ 6 min (10 ml; miscela di persolfato di ammonio e acqua in rapporto 1: 4; etch velocità di 8 nm / sec in 40 ° C), risciacquo con acqua deionizzata e asciugare con azoto. Controllare i modelli usando un microscopio per eventuali modelli over-incise. NOTA: Se i modelli sono sovra-incisi, può causare spigoli indesiderati di caratteristiche, che potrebbero portare a fratture meccanico durante la movimentazione del dispositivo e il processo di lavaggio. I risultati della prova precedenti hanno mostrato che più del ~ 20% over-incisione dei modelli originali causato i problemi di cui sopra. </li><li> Etch lo strato di Cr con ioni reattivi (RIE; pressione: 300 mTorr, potenza: 200 W, CF 4 gas: 5 sccm, O 2 gas: 10 sccm) per 5 min. Controllare i modelli. NOTA: per l&#39;attacco dello strato di Cr, il processo RIE è preferibile bagnare attacco chimico che provoca reazione sfavorevole con lo strato di Cu. </li><li> Rimuovere il fotoresist rimaste sulle strati metallici immergendo il wafer in acetone (10 ml), IPA (10 ml) e acqua deionizzata (20 ml), rispettivamente. Quindi, asciugare con azoto. </li><li> PI Spincoat (2 ml) sul wafer metallo depositato, pipettando, a 4000 rpm per 1 min per formare uno strato di 1,2 micron di spessore, pre-cuocere su una piastra riscaldante a 150 ° C per 5 min, e post-bake a 250 ° C per 2 ore. </li><li> Spincoat un fotoresist (2 ml) con tre gradini 900 rpm per 10 sec, 1.100 rpm per 60 sec, e 4.000 rpm per 20 sec e poi curare su una piastra riscaldante a 75 ° C per 30 min. </li><li> Allineare i modelli PI per incapsulare il elettronica Cu (sensori; frattale &#39;Peano&#39; con 35 micron di larghezza e interconnessioni; disegno della maglia serpentina aperto con 250micron di larghezza) con i frattali e interconnessioni predefiniti Cu utilizzando un assetto UV (potenza: 10 mW / sec) con il tempo di esposizione 25 sec. </li><li> Sviluppare il photoresist con uno sviluppatore diluito (rapporto 1: 2 di sviluppatore e acqua deionizzata) per un minuto, risciacquare con acqua deionizzata e asciugare con azoto. Controllare i modelli usando un microscopio per confermare la dimensione del tratto e trovare qualsiasi difetto da particolato. NOTA: Se ci sono difetti indesiderati, quindi rimuovere photoresist sciacquando con acqua acetone / IPA / DI. Dopo l&#39;asciugatura con azoto, ripetere i passaggi da 1.2.10 a 1.2.13. </li><li> Etch lo strato PI con RIE (pressione: 170 mTorr, potenza: 150 W, O 2 gas: 20 sccm) per 25 minuti. Controllare i modelli. </li><li> Rimuovere il fotoresist rimaste immergendo il wafer in acetone (10 ml), IPA (10 ml) e acqua deionizzata (20 ml), rispettivamente. Quindi, asciugare con azoto. </li></ol></li><li> Preparare una membrana elastomerica <ol><li> Preparare un 10 g di incapsulare miscela in silicone (1:1 rapporto di volume di base e induritore) e aggiungere un inchiostro nero 15 con rapporto uno a uno volume, che è di facilitare misurazioni di controllo della variazione di temperatura sulla pelle con una telecamera a infrarossi. NOTA: Il silicone utilizzato (chiaro gomma incapsulante) fornisce caratteristiche uniche di bassa viscosità, chiarezza ottica, e l&#39;isolamento elettrico / protezione al dispositivo 16. </li><li> Spincoat 8 g della miscela in una capsula di Petri a 150 rpm per 1 min per formare una spessa membrana elastomerica 500 micron e di indurimento a temperatura ambiente per O / N. NOTA: Il materiale deve essere posto su una superficie piana per spessore uniforme. </li><li> Tagliare la membrana nella dimensione desiderata di 70 mm x 30 mm utilizzando una lametta affilata e staccarlo delicatamente dalla capsula di Petri. </li></ol></li><li> Recuperare e trasferire elettronica <ol><li> Tagliare un nastro solubile in acqua (25 mm x 80 mm) e laminare delicatamente sui modelli elettronici fabbricati e metterli su una piastra a 130 ° Cper 3 min. NOTA: elevazione Temperatura espande lo strato PDMS sul wafer di Si di aiutare dissociazione dei modelli elettronici dalla superficie. </li><li> Staccare il nastro rapidamente dalla PDMS / Si wafer per recuperare i modelli elettronici. </li><li> Deposito a 20 nm di spessore Cr (per adesione) seguito da un nm biossido di silicio di spessore 50 (SiO 2) sui modelli recuperati tramite e-beam evaporazione. </li><li> Trattare UV / ozono utilizzando lampada UV (365 nm, 8,9 mW / cm 2) sulla membrana di silicone mirato per 2 minuti per attivare la superficie. </li><li> Trasferire i pattern alla membrana siliconica ponendo i modelli recuperati sul nastro nella posizione desiderata e uniformemente aggiungendo la pressione dal lato superiore dei modelli fino al substrato. Applicare acqua per sciogliere il nastro per 5 min. NOTA: Il processo descritto di materiali trasferimento è facilitato dal legame covalente (Si-O-Si) tra il biossido di silicio depositato ed il substrato di silicone-UV attivata 17 </sup&gt;. </li><li> Staccare il nastro, sciacquare con acqua deionizzata e asciugare su una piastra a 90 ° C per 1 min. </li></ol></li><li> Incapsulare il dispositivo utilizzando un membrana di silicone <ol><li> Preparare un 10 g di incapsulare miscela silicone (rapporto 1: 1 volume di base e induritore). </li><li> Coprire le piazzole di contatto del cavo con un pezzo PDMS rettangolare (22 × 6 × 1 mm 3) da van der Waals legame con la membrana di silicone fondo, per evitare silicone rivestimento delle pastiglie. </li><li> Spincoat il 5 g di miscela di silicone a 4.000 rpm per 1 min per formare uno strato di spessore 5 micron sull&#39;elettronica trasferiti e quindi polimerizzare a RT per O / N. </li></ol></li><li> Collegare un cavo a nastro flessibile per l&#39;acquisizione dei dati <ol><li> Applicare flusso di acciaio liquido (0,5 ml), pipettando, sul pad connettore per 3 secondi per fare superficie pulita. </li><li> Bond A, cavo a nastro flessibile sottile sui punti di contatto con pressione ad alta temperatura (&gt; 60 ° C). Un tipico straightene capelliR offre maneggevolezza e incollaggio. NOTA: Il cavo micro-film è preferibile alla saldatura convenzionale hard-wire per evitare qualsiasi frattura meccanica delle membrane metalliche trasferiti su un silicone. </li><li> Controllare il collegamento elettrico con un multimetro digitale. Il valore di resistenza è prevista meno di 1 Ohm tra il pad sensore con una estremità e l&#39;altra estremità del cavo pellicola (distanza: ~ 1 cm di distanza). </li><li> Legare l&#39;altra estremità del cavo a nastro un circuito stampato personalizzato con la stessa strategia descritta nel passaggio 1.6.2. </li><li> Controllare il collegamento elettrico con un multimetro digitale. </li><li> Collegare il dispositivo con l&#39;hardware di acquisizione dati saldando fili convenzionali sul PCB. </li></ol></li></ol> 2. sperimentazione clinica <ol><li> Pulire il dispositivo utilizzando una soluzione disinfettante <ol><li> Preparare 205 g di una soluzione disinfettante diluita (40: 1 rapporto di volume di acqua e soluzione). </li><li> Spruzzare lasoluzione (10 g) sul dispositivo e ammollo per 10 min. NOTA: Il pulitore disinfettante diluita può essere conservata a temperatura ambiente. </li><li> Risciacquare con acqua per tre volte e asciugare con tessuti puliti. </li></ol></li><li> Impostare una serie di attrezzature per il test del dispositivo <ol><li> Preparare e collegare un amplificatore lock-in con un generatore di corrente, un multiplexer, e il software personalizzato installato su un computer portatile per la registrazione dei dati. </li><li> Posizionare una telecamera a infrarossi su un treppiede e concentrarsi su un oggetto di destinazione per la termografia come riferimento. </li><li> Impostare i parametri di sistema di un amplificatore lock-in per misurare la conducibilità termica (frequenza: 1 e 3 Hz; costante di tempo: 3 e 1 secondo; Sensibilità: 1 mV; riserva dinamica: alta riserva) e della temperatura (frequenza: 997 Hz, il tempo costante: 300 msec; sensibilità: 2 mV; riserva dinamica: a basso rumore) con l&#39;applicazione corrente costante (2 mA). </li><li> Collegare due dispositivi ferita, preparato da microfabbricazione e trasferimento di stampa e montato sulla ferita esiti controlaterale, al multiplexer destra prima di registrare i dati di un paziente. </li></ol></li><li> Registrare la temperatura e conducibilità termica NOTA: Il software di acquisizione dei dati è su ordine, in grado di controllare a distanza il amplificatore lock-in per il monitoraggio dei dati in tempo reale e risparmio. Nella misura di temperatura, ciascun punto di dati viene misurata ogni 300 msec per 20 sec. L&#39;insieme di dati per i primi 10 secondi e dopo 10 sec vengono utilizzati per calcolare il valore medio e la deviazione standard di temperatura, rispettivamente. I dati registrati vengono memorizzati come file valori separati da virgole, che viene utilizzato per tracciare un grafico di confronto con i dati di termografia infrarossa. Nella misura di conducibilità termica, i segnali 3Ω vengono letti direttamente dalla schermata hardware (amplificatore), che viene quindi utilizzato per calcolare la conduttività termica analiticamente. <ol><li> Strofinare delicatamente i siti di applicazione del dispositivo sulla pelle con alcool antisettico salviette 10. </li><li> 2.3.2) Laminato due dispositivi delle sedi cutanee desiderate premendo delicatamente il dispositivo alla pelle con le dita per facilitare l&#39;incollaggio morbido: uno sul sito della ferita chirurgica e l&#39;altra sulla posizione controlaterale come riferimento. </li><li> Misurare la tensione elettrica (3Ω), correlata alla conducibilità termica, del dispositivo avviando l&#39;acquisizione dei dati. </li><li> Valutare i dati ottenuti per verificare il contatto del dispositivo conforme alla pelle; Valore anormale (&lt;0.1 W / mK) mostra una cattiva contatto del dispositivo. </li><li> Misurare la resistenza elettrica per determinare la distribuzione della temperatura e registrare i dati tramite il software personalizzato. </li><li> Prendere immagini ottiche e IR dei due dispositivi sulla pelle. </li><li> Confrontare i valori di temperatura dalle immagini a infrarossi con i dati registrati dal dispositivo ferita (2.3.5). Aggiungi entrambi i valori per separare le colonne in un foglio di calcolo personalizzato. </li></ol></li><li> Analizzare i dati registrati <ol><li> Esportare i dati registrati altemplate personalizzato per calcolare automaticamente la temperatura e la conducibilità termica da una matrice di sensori nel dispositivo. </li><li> Tracciare i dati (temperatura e conducibilità termica secondo la posizione del sensore su una scala temporale diverso) per confronto nel corso di un mese (quattro set di dati al giorno 1, 3, 15, e 30). </li><li> Analizzare i dati confrontando una serie di dati di temperatura e conducibilità termica in funzione del tempo; I valori con improvviso innalzamento o cadere dire il cambiamento di fase di guarigione della ferita e / o anormalità inaspettato su siti ferite. </li></ol></li></ol>

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Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

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...

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&#39;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&#39;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&#39;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&#39;installazione apparecchi in ambito clinico, e applicazioni cliniche per il monitoraggio quantitativo della temperatura e conducibilità termica sulle ferite cutanee.

<table><tbody><tr><td>Wafer di silicio da 3"</td><td>University Wafer, USA</td><td></td><td>Utilizzare come supporto per fabbricare il dispositivo</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Fisher Scientific, USA</td><td>A18-1</td><td>Utilizzare per pulire un wafer e rimuovere il fotoresist</td></tr><tr><td>Isopropanolo (IPA)</td><td>Fisher Scientific, USA</td><td>A459-1</td><td>Utilizzare per pulire un wafer</td></tr><tr><td>Fotoresist AZ4620</td><td>AZ Electrionic Materials, USA</td><td></td><td>Utilizzare per creare modelli su metalli e polimeri</td></tr><tr><td>Sviluppatore AZ400K</td><td>AZ Electrionic Materials, USA</td><td></td><td>Utilizzare per sviluppare il fotoresist AZ4620</td></tr><tr><td>Mordenzante</td><td>al cromo Transene, USA</td><td>1020AC</td><td>Utilizzare per incidere lo strato di Cr del dispositivo</td></tr><tr><td>Mordenzante al rame</td><td>Transene, USA</td><td>ASP-100</td><td>Utilizzare per incidere lo strato di Cu del dispositivo</td></tr><tr><td>Kit di elastomeri siliconici Sylgard 184 (PDMS)</td><td>Dow Corning, USA</td><td>39100000</td><td>Utilizzare come substrato per il recupero "a secco"</td></tr><tr><td>PI2545 polyimmide</td><td>HD MicroSystem, USA</td><td></td><td>Utilizzare per incapsulare lo strato metallico</td></tr><tr><td>Solaris</td><td>Smooth-On, USA</td><td></td><td>Utilizzare come substrato e per incapsulare il dispositivo</td></tr><tr><td>Petridish</td><td>Carolina, USA</td><td>741255</td><td>Utilizzare come stampo per realizzare il substrato</td></tr><tr><td>Nastro di saldatura ad onda idrosolubile 5414</td><td>3M, USA</td><td>AM000000217</td><td>Utilizzare per recuperare il dispositivo dallo strato PDMS</td></tr><tr><td>Flusso di acciaio inossidabile liquido ad alta attività</td><td>Worthington, USA</td><td>331929</td><td>Utilizzare per rimuovere lo strato di ossidazione sul cavo flessibile in microfilm</td></tr><tr><td></td><td>Cu Elform, USA</td><td></td><td>Utilizzare per effettuare il collegamento elettrico tra il dispositivo elettronico e il sistema di acquisizione dati</td></tr><tr><td>Pulitore a pH neutro Australian</td><td>Gold, USA</td><td></td><td>Utilizzare come soluzione disinfettante per pulire il dispositivo nei test clinici</td></tr><tr><td>Solder</td><td>Kester, USA</td><td>24-6337-9703</td><td>Utilizzare come materiale per saldare fili duri</td></tr><tr><td>Lampada ultravioletta</td><td>Cole-Parmer, USA</td><td>97600-00</td><td>Utilizzare per attivare lo strato PDMS come superficie idrofila</td></tr><tr><td>Multiplexer</td><td>FixYourBoard, USA</td><td>U802</td><td>Utilizzare per acquisire misurazioni da sei componenti di rilevamento&nbsp;</td></tr><tr><td>Sorgente di corrente CC/CA</td><td>Keithley, USA</td><td>6221</td><td>Utilizzare per alimentare la corrente</td></tr><tr><td>SMD Digital Hot Air Rework Station</td><td>Aoyue, Cina</td><td>968A+</td><td>Utilizzare per saldare fili duri, per collegare elettricamente il dispositivo e strumenti esterni</td></tr><tr><td>Telecamera a infrarossi</td><td>FLIR, USA</td><td>435-0001-01-00</td><td>Utilizzare per acquisire immagini a infrarossi nell'esperimento</td></tr><tr><td>Multimetro digitale</td><td>Fluke, USA</td><td>117</td><td>Da utilizzare per controllare il collegamento elettrico</td></tr><tr><td>Amplificatore lock-in</td><td>Stanford Research System, USA</td><td>SR830</td><td>Da utilizzare per eseguire la misurazione con sonda a quattro punti</td></tr><tr><td>Evaporatore a fascio di elettroni</td><td>in scala 9 Prodotti per vuoto, USA</td><td></td><td>Da utilizzare per depositare film sottili (Cu e SiO2)</td></tr></tbody></table>

fabbricazione e la caratterizzazione di un conformal pelle simile sistema elettronico di gestione quantitativa, cutanea ferita

Fabrication and Characterization of a Conformal Skin-like Electronic System for Quantitative, Cutaneous Wound Management

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.

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&#39;eccezionale elasticità meccanica e piegabilità. Il dispositivo compatibile che è completamente racchiuso da strati di silicone c...

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.

Fabbricazione e la caratterizzazione di un Conformal pelle simile sistema elettronico di gestione quantitativa, cutanea Ferita

Recent advances in the development of electronic technologies and biomedical devices offer opportunities for non-invasive, quantitative assessment of ...

L'obiettivo generale di questa procedura è realizzare un dispositivo elettronico simile alla pelle per la gestione quantitativa delle ferite cutanee. Questo risultato viene ottenuto innanzitutto sviluppando un dispositivo elettronico su un substrato portante. Il secondo passaggio consiste nel preparare una membrana elastomerica in cui incorporare l'elettronica.Successivamente, l'elettronica realizzata viene recuperata dal composto di fabbricazione e trasferita sulla membrana. I passaggi finali consistono nell'inserire l'elettronica in un rivestimento di silicone e collegare un cavo flessibile per l'acquisizione dei dati. Il dispositivo completato viene laminato in prossimità del tessuto ferito di un paziente per monitorare nel tempo la temperatura e la conducibilità termica del tessuto, come parte della gestione della ferita.Il principale vantaggio di questo dispositivo rispetto agli strumenti esistenti basati su ispezioni visive al microscopio è che può fornire un monitoraggio quantitativo multifunzionale della temperatura e della conducibilità termica nelle vicinanze del tessuto ferito. Il dispositivo morbido, biocompatibile e indossabile sulla pelle offre le funzioni e le caratteristiche necessarie per l'uso in ambito clinico e ha un notevole potenziale nel risolvere questioni importanti nella gestione delle ferite croniche. Questo protocollo di spin coating può essere eseguito su wafer di silicio di qualsiasi dimensione.Per iniziare, sgrassare le wafer con acetone e alcol isopropilico. Quindi risciacquarle in acqua deionizzata e asciugarle sotto flusso di azoto. Disidratare la wafer per tre minuti su una piastra riscaldata impostata a 110 gradi Celsius.Ora applicare per rivestimento centrifugo cinque grammi di PDMS sulle wafer a 3000 RPM per un minuto; completare il processo polimerizzando le wafer su una piastra riscaldata impostata a 150 gradi Celsius per mezz'ora. Dopo aver trattato con raggi UV le wafer rivestite di PDMS per tre minuti, applicare per rivestimento centrifugo poliammide sulle wafer. Applicare due millilitri con una pipetta e centrifugare a 4.000 RPM per un minuto per ottenere uno strato di 1,2 micron.Quindi preriscaldare le wafer su una piastra riscaldante a 150 gradi Celsius per cinque minuti e cuocerle in forno a 250 gradi Celsius per due ore. Successivamente, mediante deposizione in evaporazione a fascio elettronico, depositare uno strato di cromo spesso 20 nanometri per l'adesione, seguito da uno strato di rame spesso tre micron per la conducibilità. Successivamente, applicare mediante spincoating due millilitri di fotoresist sulle wafer in tre passaggi per ottenere uno strato inferiore ai 10 micron.Ora polimerizzare le wafer su una piastra riscaldata a 75 gradi Celsius per 30 minuti. Successivamente, utilizzare un allineatore a raggi UV a 10 milliwatt al secondo per centrare il pattern elettronico in rame sulla wafer. Impostare un tempo di esposizione di 25 secondi.Un modello frattale viene utilizzato per realizzare i sensori e viene creato un reticolo aperto per gli interconnessioni. Sviluppare il fotoresistente in una soluzione sviluppatrice al 33% per un minuto. Successivamente, risciacquare i chip con acqua deionizzata e asciugarli sotto un flusso di azoto.Prima di procedere, verificare al microscopio la presenza di difetti nei tracciati. Successivamente, attaccare il rame sul wafer utilizzando un bagno di corrosione chimica della durata di sei minuti. Dopo la corrosione, risciacquare ed asciugare i wafer.Come in precedenza, verificare i pattern incisi al microscopio: un'eccessiva incisione superiore al 20% dei tracciati in rame provoca guasti meccanici. Per incidere lo strato di cromo, utilizzare cinque minuti di incisione ionica reattiva. Dopo aver verificato l'incisione, rimuovere i residui di fotoresist con 10 millilitri di acetone, seguiti da 10 millilitri di isopropanolo.E in terzo luogo, 20 millilitri di acqua deionizzata. Dopo i bagni, asciugare le wafer sotto un flusso di azoto. Per questo protocollo, preparare 10 grammi di una miscela di silicone incapsulante per il materiale bersaglio sul quale verranno trasferiti i dispositivi elettronici, utilizzando una piastra di Petri larga 10 centimetri.Applicare per centrifugazione, otto grammi di miscela a 150 giri al minuto per un minuto, per ottenere un rivestimento di silicone di mezzo millimetro. Lasciare polimerizzare tutta la notte a temperatura ambiente.Successivamente, applicare pezzi di nastro solubile in acqua di dimensioni adatte sui chip del modello, in modo da fungere da superficie laminata per i circuiti elettronici. Dopo aver applicato il nastro, riscaldare le wafer per tre minuti a 130 gradi Celsius. Quindi staccare rapidamente il nastro per rimuovere e recuperare l'elettronica sui modelli di recupero.Utilizzare l'evaporazione con fascio elettronico per depositare 20 nanometri di cromo per un'adesione aggiuntiva. Successivamente, depositare 50 nanometri di biossido di silicio sullo strato di cromo. Ora recuperare lo strato di silicone e trattarlo con luce UV a 365 nanometri per due minuti a 8,9 milliwatt per centimetro quadrato.Questo attiva la superficie con il silicone attivato. Premere l'elettronica recuperata nel silicone, distribuendola uniformemente sul materiale bersaglio. Successivamente, trattare il nastro con acqua per scioglierlo e, dopo cinque minuti, rimuovere il nastro staccandolo.Quindi risciacquare il silicone con acqua deionizzata e asciugare su una piastra calda a 90 gradi Celsius per un minuto. Per creare il dispositivo, iniziare coprendo i pad di contatto con un pezzo rettangolare di PDMS utilizzando la forza di legame di Vander Wall. A questo punto, per il trasferimento dell'elettronica, centrifugare cinque grammi di miscela di silicone incapsulata a 4.000 giri al minuto per un minuto.Questo forma uno strato spesso cinque micron, che viene polimerizzato tutta la notte a temperatura ambiente. Il giorno successivo, pulire i pad del sensore con mezzo millilitro di flusso liquido per acciaio per tre secondi. Quindi applicare un cavo flessibile a nastro sui punti di contatto con pressione e calore superiore a 60 gradi Celsius.Verificare i collegamenti con un multimetro. La resistenza tra il pad del sensore e il cavo a nastro, misurata a un centimetro di distanza, dovrebbe essere inferiore a un ohm. Collegare l'altra estremità del cavo a nastro a una scheda circuitale personalizzata nello stesso modo. Infine, collegare il dispositivo all'hardware di acquisizione dati saldando dei cavi convenzionali alla PCB.Utilizzando il protocollo descritto, è stato realizzato il dispositivo sensore elettronico. È stata esaminata la flessibilità del dispositivo. Non si è verificata frattura meccanica sotto deformazione a trazione ed il dispositivo era funzionante.La resistenza in sei posizioni del sensore è stata misurata utilizzando una piastra riscaldante ad alta precisione. È stata osservata una relazione lineare che dimostra come i sensori fossero ben calibrati per rilevare variazioni sottili di temperatura. Inoltre, un segnale tre omega adattato è stato utilizzato per valutare la conducibilità termica con il dispositivo in un contesto clinico.Il dispositivo è stato utilizzato per monitorare la guarigione della ferita dopo l'intervento chirurgico per un periodo di fino a un mese. È stata quindi misurata la temperatura del processo di guarigione della ferita. Al terzo giorno si è verificata un'infiammazione intensa nel sito della ferita, fenomeno riflesso dall'aumento della temperatura rilevato dal dispositivo.Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come realizzare un dispositivo elettrico schemico conformale per la gestione quantitativa delle ferite nei pazienti.

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Un dual-mode sistema di imaging è stato sviluppato per i non-contatto valutazione di ossigenazione dei tessuti cutanei e la funzione vascolare.

Dual-mode Imaging di ossigenazione dei tessuti cutanei e di funzione vascolare

L'obiettivo di questo protocollo è quello di costruire un equivalente tridimensionale a tutto spessore della pelle, che assomiglia alla pelle naturale. Con un dispositivo di ferimento automatizzato appositamente costruito, è possibile generare ferite precise e riproducibili in caso di mantenimento della sterilità.

Generazione di una tridimensionale a tutto spessore della pelle Equivalent e Automated Ferimento

Qui, presentiamo un protocollo per generare un modello di pelle tridimensionale semplificato e indifferenziato utilizzando una piattaforma microfluidica microlavorazione. Un approccio a flusso parallelo consente la deposizione in situ di un compartimento dermico per la semina di cellule epiteliali sulla parte superiore, il tutto controllato da pompe a siringa.

Generazione di un modello skin-on-a-chip tridimensionale semplificato in una piattaforma microfluidica microlavorazione

Due recenti tecnologie – tatuaggio e tessuti – hanno dimostrato risultati promettenti nel rilevamento cutaneo. Qui presentiamo i metodi di fabbricazione e valutazione di elettrodi per tatuaggi e tessuti per il rilevamento elettrofisiologico cutaneo. Queste interfacce elettroniche realizzate in polimeri conduttivi superano gli standard esistenti in termini di comfort e sensibilità.

Elettrodi indossabili conformabili: dalla fabbricazione alla valutazione elettrofisiologica

Le ferite rappresentano una sfida sanitaria globale. Questo studio ha sviluppato una cabina fotografica standardizzata utilizzando la planimetria digitale per ridurre al minimo la variabilità della misurazione della ferita. Il monitoraggio delle ferite nei topi per 14 giorni ha rivelato un aumento iniziale dell'area e del perimetro della ferita, seguito da una chiusura graduale. Questa metodologia può aiutare a valutare la cinetica di chiusura della ferita in modelli preclinici.

Planimetria digitale per la valutazione della cinetica di chiusura della ferita in un modello murino

Questo studio presenta un modello da banco progettato per valutare la compatibilità dei materiali per la medicazione delle ferite con i sistemi di terapia delle ferite a pressione negativa, valutando la pressione e la raccolta di liquidi nell'arco di 72 ore con impostazioni di pressione continua e intermittente.

Sviluppo di un modello da banco per la valutazione della compatibilità dei materiali per la medicazione delle ferite con i sistemi di terapia delle ferite a pressione negativa

Un dispositivo LED a luce blu da 405 nm dimostra efficacia antimicrobica contro un'ampia gamma di patogeni della ferita quando valutato su un modello cutaneo sintetico a base di collagene. Questo approccio semplificato in vitro offre un'alternativa riproducibile ed eticamente valida per la valutazione nelle fasi iniziali delle terapie antimicrobiche basate sulla luce.

Indagine di un dispositivo LED a luce blu per sopprimere patogeni delle ferite utilizzando un modello cutaneo sintetico a base di collagene

Viene descritto un modello di ferita cutanea di ratto che consente la valutazione di vari agenti terapeutici in condizioni fisiologiche o patologiche attraverso le diverse fasi del processo di guarigione. Inoltre, è dettagliato un protocollo per eseguire la planimetria manuale al fine di monitorare la velocità di contrazione della ferita durante la riparazione dei tessuti.

Un modello chirurgico di ferite cutanee per ratti: un approccio per studi di guarigione delle ferite e valutazione dei biomateriali

Due fluidi adiacenti che passano attraverso un canale microfluidico scanalato possono essere diretti a formare una torcia attorno a un nucleo di prepolimeri; determinando così sia la forma che la sezione trasversale. La polimerizzazione fotoiniziata, come la chimica dei clic tiolo, è adatta per solidificare rapidamente il fluido del nucleo in una microfibra con dimensioni e forma predeterminate.

Fabbricazione microfluidica di fibre polimeriche e bioibride con dimensioni e forma predesignate

Abbiamo dimostrato una piattaforma microfluidica con una rete elettrodo superficie integrato che combina rilevamento di impulsi resistivo (RPS) con code division multiple access (CDMA), per multiplare rilevazione e dimensionamento delle particelle a più canali microfluidici.

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Impara a fabbricare un dispositivo elettronico conforme simile alla pelle per la gestione quantitativa delle ferite cutanee. Questo metodo consente il monitoraggio in tempo reale di temperatura e conducibilità termica del tessuto.

Fabbricazione e la caratterizzazione di un Conformal pelle simile sistema elettronico di gestione quantitativa, cutanea Ferita

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