多重経皮電気化学センシングのための中空マイクロニードルベースの​​センサ

この手順の全体的な目標は、同時に測定できるさまざまなターゲットライトの経皮電気化学的検出のためのマルチプレックスマイクロニードルベースのセンサーを製造することです。最初のステップは、ミステリアルリソグラフィーを用いて中空マイクロニードルアレイを作製し、レーザーマイクロメートル加工を用いて電極アレイ空洞を作製することです。次に、個々のカーボンペーストを調製し、電極アレイの空洞を充填します。

次に、各カーボンペーストを生理学的に関連する濃度の範囲でキャリブレーションします。最終的には、さまざまな生物医学的アプリケーションのために、複雑な生理学的微小環境で複数の分析物を同時に測定できる経皮in vivo電気化学デバイスが作成されます。既存の方法のこの手法の主な利点は、低侵襲な方法でマルチプレックスセンシングを実行できることです。

このデバイスは、急性の医学的反応を測定したり、運動中の適応を理解したり、皮膚に影響を与える病気を監視したりするための研究ツールとして活用できます。このInVivoマイクロニードルセンサーは、腫瘍の微小環境が腫瘍の増殖と転移の指標として役立つため、皮膚腫瘍の診断にまで及びます。このデバイスの目標は、マイクロニードルアレイを低侵襲メカニズムとして使用して、皮膚間質液床の電気化学分析にアクセスすることです。

3次元モデリングソフトウェアであるSolidWorksから始めて、パラメタル形状の中空マイクロニードルアレイを設計します。次に、マジックのRP 13ソフトウェア設計を使用して、マイクロニードルを構築するためのベースを提供するサポート構造を提供します。次に、リファクトリーRPソフトウェアを使用して製造プロセスを制御します。

リンクされたサポートとマイクロニードルアレイファイルの両方をアップロードします。次に、製造するマイクロニードルアレイの数を選択し、peryラピッドプロトタイピング製造システムの製造プレート上のデバイスの配置を決定します。100ミリワットの紫外線モードを選択し、キャリブレーション手順を実行します。

エネルギーの偏差がプラスマイナス2ミリワット以内であることを確認します。マイクロニードルアレイの作製が完了したら、マイクロニードルアレイをベースプレートから取り外します。イソプロパノールを15分間現像します。

次に、アレイを圧縮空気で乾燥させて、完全な重合を確保します。マイクロニードルを室温で50秒間硬化させます。光学顕微鏡でマイクロニードルを検査します。

完全に製造された各マイクロニードルボアが中空で、障害物がないことを確認します。基礎となる個別にアドレス指定可能な接続銅線を、フラットで柔軟なケーブルで露出させます。レーザーアブレーションのパターンを作成し、これらのパターンをレーザーシステムに送信します。

次に、ケーブルを治具に配置して、レーザーアブレーションプレート上にレイシングアプローチで適切に位置合わせし、フレキシブルケーブルの絶縁部分に直径500マイクロメートルの空洞を作成します。修正したフラットフレキシブルケーブルを、アセトンをスプレーするエアブラシで清掃します。40 PSIで、光学顕微鏡を使用してイソプロパノールと脱イオン水ですすいでください。

露出した銅ストリップの上に絶縁膜が残っていないことを確認します。次のステップは、以前に電極ストリップに使用されていたパターンで片面感圧アクリル接着剤を含むカーボンペーストABLメラノックステープの保持キャビティを作成することです。次に、テープをアブレーションされた電極ストリップに向けます。

テープを圧縮して、正しく接続されていることを確認します。次に、両面メリンXテープをアブレーションし、テープを位置合わせして、マイクロニードルアレイとカーボンペースト電極アレイ間の接着を可能にします。10ミリグラムのグルコースオキシダーゼと2.2ミリグラムのポリエチレンアミンを混合して、均質なグルコース感受性カーボンペーストにします。

次に、カーボンパウダーに60ミリグラムのロジウムを加え、40ミリグラムの鉱油を混ぜます。pH感受性カーボンペースト30%鉱物油と70%グラファイトパウダーをミックスするために、ペーストを摂氏4度で保管してください。薄いプラスチック片をこてとして使用して、表面が滑らかになるまでペーストを電極キャビティに詰めます。

余分なペーストが取り除かれるまで、2番目のきれいな計量ボートで繰り返します。その後、脱イオン水で洗います。次に、20マイクロリットルの調製したばかりの高速青色溶液を、パックされたペースト電極の上に置きます。

30分間のインキュベーション期間後、脱イオン水ですすいで乳酸感受性カーボンペーストを洗浄します。2.5ミリグラムのロジウムをカーボンパウダーに2.5ミリグラムの乳酸オキシダーゼと組み合わせました。5分間の超音波処理と5分間のボルテックスを交互に5回転させます。

ペーストを電極キャビティに充填します。最後に、脱イオン水ですすいで乳酸を検出します。センサーのクロノ応答とパラメトリック応答を測定し、15秒後の電流を記録してグルコースを検出します。

センサーのクロノアンドリック応答を測定して、乳酸センサーとグルコースセンサーの検量線を連続して作成します。クロノ測定とパラメトリック測定の前に、それぞれの分析物を追加します。あるいは、攪拌しながら固定電位のクロノ測定とパラメトリック測定を行います。

電流を安定させるために、各分析種の追加間に十分な時間を確保してください。pHをモニターするには、サイクリック・ヴォルカル・メトリック・スキャンを実行し、酸化ピーク電位値の位置を記録し、一連の既知のpH値にわたって記録されたサイクリック・ボルト・グラム単位の酸化ピーク電位の位置を測定することにより、pH検量線を作成します。マルチプレックスマイクロニードルベースのセンサーを構築するプロセスは、SolidWorksでマイクロニードルアレイを設計することから始まります。次に、magicのRP 13でサポート構造を設計します。

これらの走査型電子顕微鏡写真は、マイクロニードルアレイと、このアレイ内の単一のマイクロニードルを示しています。マイクロニードルベースのセンサーのセンシングプラットフォームは、レーザーアブレーションを使用して平らで柔軟なケーブルに電極アレイを作成し、その後、これらのアレイにカーボンペーストを充填することによって作成されます。グルコースと乳酸の電気触媒反応は、検出のための操作パラメータとともに提示されます。

15秒のクロノメトリックスキャンによる乳酸感受性ペーストのこの典型的なキャリブレーションは、乳酸の2ミリモル添加に対応する電流の各増加を示しています。1回の連続クロノメトリックスキャンは、グルコースの濃度を急上昇させ、電流を安定させることによってセンサーのグルコースキャリブレーションを監視しながら使用されます。この概略図は、酸性度を検出するための電気触媒反応を示しています。0.1モルリン酸緩衝液中のpH感受性マイクロニードルのサイクリックグラムが、pH値が1単位刻みで5〜8の範囲の4つの異なる溶液に示されています。

pH値が上昇すると酸化ピーク電位が変化するため、この現象をpH値の指標として利用しています。一度マスターすれば、このデバイスは2日で適切に製造することができます。この手順を試みるときは、さまざまな炭素ペースが互いに混合されると選択性が保持されないことに注意することが重要です。

この手順に続いて、皮膚内の他の分析物をモニターするために、電極アレイに追加の選択的カーボンペースを追加することができます。このデバイスの開発は、ウェアラブルセンサーの分野の研究者が医療診断を行い、基本的な生物医学科学の問題を探求するための道を開く可能性があります。