Fabbricazione di elettrodi bene sulla punta dell'ago ipodermico utilizzando Photoresist Spray rivestimento e Photomask flessibile per applicazioni biomediche
28 novembre 2017
Il metodo di fabbricazione per elettrodi interdigitating bene (gap e larghezza: 20 µm) sulla punta di un ago ipodermico (diametro: 720 µm) è dimostrata usando un rivestimento di spruzzo e film flessibile photomask nel processo di fotolitografia.
L'obiettivo generale di questo protocollo è quello di fabbricare sottili elettrodi interdigitati sulla punta di un ago ipodermico con un diametro inferiore a un millimetro per applicazioni biomediche. Questo metodo può ottenere il modellamento del metallo dei dialetti sulla punta arrotondata dell'ago ipodermico utilizzando il rivestimento spray di fotoresist e il processo di fotolitografia con un film flessibile per una maschera. Il sensore a micro diodi fabbricato può essere ampiamente utilizzato per applicazioni biomediche, come la somministrazione di farmaci, la biopsia e persino la chirurgia con alta precisione mediante cauterizzazione dell'elettrofotometro targetatizio.
Per iniziare questa procedura, tagliare un tubo termorestringente lungo tre centimetri regolando la lunghezza, se necessario, in base alla profondità di penetrazione dell'ago ipodermico. Inserire l'ago ipodermico nel tubo termorestringente tagliato. Utilizzando una pistola termica, impostare a 150 gradi Celsius e restringere il tubo.
Successivamente, separare l'ago ipodermico dal suo mozzo. Pulire l'ago in un bagno d'acqua deionizzata con agitazione ad ultrasuoni. Quindi, utilizzare una piastra calda impostata a 105 gradi per disidratare l'ago isolato per 10 minuti.
Quindi, applica del nastro biadesivo su un vetrino pulito. Disporre l'ago isolante pulito fianco a fianco sul lato esposto del nastro biadesivo. Utilizzando l'attrezzatura per lo sputtering, depositare cromo e oro sugli aghi come indicato nel protocollo di testo.
Per prima cosa, usa del nastro biadesivo per fissare uno degli aghi dorati su un vetrino. Riscaldare il mandrino della verniciatrice a spruzzo a 100 gradi Celsius. Posizionare la slitta sul mandrino riscaldato.
Lasciare che l'ago si riscaldi per due o tre minuti. Quindi, spruzzare il fotoresist sull'ago spruzzato d'oro mentre si sta ancora riscaldando utilizzando la condizione mostrata qui. Dopodiché, lasciare scaldare il vetrino sul mandrino a 100 gradi Celsius per tre minuti per una cottura morbida.
Utilizzando un microscopio impostato su un ingrandimento di 100x, ispezionare l'ago per determinare se il fotoresist è rivestito in modo uniforme. Innanzitutto, sollevare lentamente una piastra di supporto del campione liberamente spostabile fino a quando non tocca completamente la piastra di supporto della fotomaschera fissa. Utilizzando una pompa pneumatica, fissare la piastra di supporto del campione.
Quindi, posizionare l'ago rivestito di fotoresist sulla piastra di supporto del campione. Allineare due delle linee di confine dall'immagine proiettata con due linee di allineamento parallele dalla fotomaschera utilizzando il monitor CCD per monitorare il processo in tempo reale. Sollevare lentamente l'ago per portarlo a contatto con la fotomaschera flessibile fissa.
Esporre l'ago alla luce UV per 30 secondi a un'intensità di 15 millijoule per centimetro quadrato. Quindi eseguire il processo di sviluppo per tre minuti. Successivamente, utilizzare acqua deionizzata per sciacquare lo sviluppatore dal campione.
Utilizzando un microscopio impostato su un ingrandimento di 200 volte, determinare se il fotoresist è chiaramente modellato. Se il fotoresist esposto non viene rimosso perfettamente, ripetere il processo di sviluppo a intervalli di 30 secondi. Utilizzando un paio di pinzette, staccare il campione dal vetrino.
Immergere in mordenzante umido d'oro per un minuto. Quindi, usa acqua deionizzata per risciacquare il mordenzante. Utilizzando un microscopio impostato su un ingrandimento di 200x, ispezionare il risultato.
Se rimane ancora dell'oro da rimuovere, ripetere il processo di incisione a intervalli di 10 secondi. Quindi, immergere l'ago nel mordenzante al cromo per 30 secondi. Usa acqua deionizzata per risciacquare il mordenzante quando hai finito.
Immergere l'ago inciso in una soluzione di acetone per un minuto. Successivamente, risciacquare con acqua deionizzata. Trasferire il campione in una piastra calda riscaldata a 105 gradi Celsius per disidratare per 10 minuti.
Quindi, tagliare il tubo termoretraibile in modo che sia da due a tre millimetri più lungo dell'elettrodo. Utilizzando una pistola termica, aumentare la temperatura del tubo termorestringente a 150 gradi per passivare ermeticamente l'ago. In questo studio, gli elettrodi interdigitati sono fabbricati sulle punte degli aghi ipodermici utilizzando un rivestimento spray fotoresist e una fotomaschera flessibile.
Gli elettrodi sono fabbricati con successo con un diametro di 820 micrometri, mentre il margine di fabbricazione dalla punta dell'ago è di soli 680 micrometri. La larghezza e la distanza della fotomaschera, rispettivamente di 25 micrometri e 15 micrometri, sono progettate per risolvere lo squilibrio della dose UV che deriva dal contatto imperfetto tra la parte esterna della fotomaschera e la superficie curva dell'ago. Queste modifiche consentono di fabbricare con successo sia la larghezza che la distanza degli elettrodi a 20 micrometri, ottimizzando il tempo di esposizione ai raggi UV.
La capacità di discriminazione della spettroscopia di impedenza elettrica su un ago viene valutata utilizzando varie concentrazioni di PBS. Poiché il PBS viene diluito in serie con acqua deionizzata, la conducibilità elettrica diminuisce al diminuire della concentrazione di PBS. Pertanto, l'entità dell'impedenza aumenta al diminuire del livello di concentrazione di PBS.
Sulla base di questa capacità di discriminazione, il profilo di profondità viene eseguito a una frequenza di un megahertz utilizzando tessuto suino a quattro strati. In base alla profondità di penetrazione dell'EoN, l'entità dell'impedenza e del tessuto adiposo è chiaramente discriminata da quella del tessuto muscolare. Dopo aver visto questo video, dovresti capire come fabbricare microelettrodi su un vassoio con superficie arrotondata per leggere un diametro inferiore a un millimetro.
Attualmente, siamo migliori trovare l'applicabilità clinica dei sensori degli aghi per l'anestesia spinale, la biopsia tiroidea e persino interventi chirurgici come la chirurgia laparoscopica e l'agructomia della passione.
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Panoramica
Questo studio dimostra un metodo per fabbricare elettrodi interdigitati fini sulle punte di aghi ipodermici per applicazioni biomediche. La tecnica utilizza il rivestimento a spruzzo e la fotolitografia con una fotomaschera flessibile per ottenere un patterning preciso.
Componenti principali dello studio
Area di scienza
- Ingegneria biomedica
- Microfabbricazione
- Rilevamento elettrochimico
Contesto
- La fabbricazione di elettrodi fini è cruciale per le applicazioni biomediche avanzate.
- Il metodo mira a risolvere i problemi legati all'sbilancio della dose UV durante il patterning degli elettrodi.
- Gli elettrodi interdigitati sono particolarmente utili per misurazioni precise nei trattamenti medici.
- Questo studio si concentra sulla riproducibilità e uniformità nello sviluppo degli elettrodi.
Obiettivo dello studio
- Fabbricare elettrodi interdigitati su aghi ipodermici con un diametro inferiore a un millimetro.
- Consentire alta precisione in applicazioni biomediche come l'erogazione di farmaci e interventi chirurgici.
- Valutare l'impedenza elettrica dei sensori fabbricati.
Metodi utilizzati
- Il protocollo ruota attorno a tecniche di fotolitografia e rivestimento a spruzzo.
- Un ago ipodermico serve come modello biologico principale per il fissaggio del sensore.
- Lo studio valuta l'impedenza elettrica a diverse concentrazioni di PBS.
- I passaggi chiave includono la preparazione dell'ago, l'esposizione UV, il processo di sviluppo e le procedure di incisione.
- Il controllo critico della temperatura e del tempo sono enfatizzati durante tutto il processo di fabbricazione.
Risultati principali
- Gli elettrodi sono stati fabbricati con successo con un gap e una larghezza di 20 micrometri.
- L'impedenza elettrica variava significativamente con diverse concentrazioni di PBS, consentendo un'efficace discriminazione delle misurazioni.
- Lo studio ha anche dimostrato la capacità di profilazione in profondità nei tessuti porcini.
- Il patterning riuscito degli elettrodi consente una precisione migliorata in varie applicazioni cliniche.
Concludenze
- Questo studio evidenzia un approccio innovativo per fabbricare microelettrodi per applicazioni biomediche.
- Il metodo sviluppato mostra potenziale per l'uso in ambienti clinici come l'anestesia spinale e le biopsie.
- Sottolinea progressi nella comprensione della tecnologia dei sensori per vari scopi medici.
Domande frequenti
Executive Industry Relevance
This method enables precise microelectrode fabrication on hypodermic needles for biomedical sensing applications, supporting target tissue discrimination through electrical impedance measurements. The approach reduces invasiveness by positioning electrodes close to the needle tip, minimizing tissue penetration during diagnostic or therapeutic procedures. It enhances predictive confidence in early-stage biomedical device development by providing a reproducible platform for tissue characterization and margin detection.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of tissue-specific electrical properties to validate biological targets based on impedance signatures.
- Operational Value: Supports rapid prototyping of needle-integrated sensors for high-throughput tissue screening.
- Translational Value: Facilitates mechanistic de-risking by correlating electrical readouts with tissue composition in preclinical models.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative, frequency-dependent impedance outputs for comparative analysis of biomaterial or drug interactions.
- Operational Value: Delivers reproducible electrode patterning with 20 µm feature resolution, ensuring assay standardization across batches.
- Translational Value: Enables label-free, real-time monitoring of tissue responses during compound evaluation.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Demonstrates depth profiling capability in multilayered tissues, supporting discrimination between normal and pathological states.
- Operational Value: Utilizes durable PET heat shrink tubing for insulation, enhancing sensor stability in physiological environments.
- Translational Value: Supports surgical margin detection by identifying tissue boundaries via impedance shifts, reducing unnecessary resection.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by enabling tissue characterization prior to lead identification, with outputs informing go/no-go decisions based on biological specificity.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing through electrical discrimination of tissue types, aiding in target validation and pathway analysis.
- Screening: Provides assay-ready microelectrodes with consistent geometry for reliable compound-tissue interaction measurements.
- Analytics: Yields impedance magnitude and frequency response data that enable quantitative comparison across experimental conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical validation by demonstrating tissue depth profiling in porcine models, aligning with histopathological assessment.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable microfabrication platform adaptable to various needle gauges and biomedical sensing applications.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Improves target validation confidence by reducing false positives through direct tissue property measurement.
- Operational Value: Ensures reproducibility via photoresist spray coating and flexible photomask, minimizing variability in electrode fabrication.
- Strategic Value: Reduces late-stage attrition by enabling early detection of tissue-specific responses, improving capital efficiency in device development.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted advancement decisions by providing objective, quantitative tissue discrimination data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfabrication, photolithography, and electrochemical sensing for successful execution.
- Depends on access to sputter coaters, UV exposure systems, and etching equipment for metal deposition and patterning.
- Necessitates standardization of UV exposure and development timing to compensate for curvature-induced dose variations on needle tips.
- Involves adaptation considerations when transferring the method to different needle materials or diameters.
- Involves practical limitations related to the stability of the electrode-tissue interface under physiological conditions over extended use.
