医用フォトレジスト スプレー塗装と柔軟なフォトマスクを使用して皮下注射針の先端の微細電極の作製
2017年11月28日
高級櫛型電極の作製法 (ギャップと幅: 20 μ m) 注射針の先端に (直径: 720 μ m) フォトリソグラフィ工程でスプレー塗装と柔軟なフィルム フォトマスクを使用して示されて。
このプロトコルの全体的な目標は、生物医学的用途のために、直径が1ミリメートル未満の皮下注射針の先端に微細なインターディジット電極を作製することです。この方法では、フォトレジストのスプレーコーティングとマスク用の柔軟なフィルムを使用したフォトリソグラフィープロセスを使用して、皮下注射針の丸みを帯びた先端に方言の金属パターニングを実現できます。製造されたマイクロダイオードセンサーは、薬物送達、生検、さらには手術などの生物医学的用途に広く使用でき、電気光度計の標的を焼灼することにより、高精度で行うことができます。
この手順を開始するには、3センチメートルの長さの熱収縮チューブを切断し、必要に応じて皮下注射針の浸透深さに基づいて長さを調整します。カットした熱収縮チューブに皮下注射針を挿入します。ヒートガンを使用して摂氏150度に設定し、チューブを縮小します。
この後、皮下注射針をハブから分離します。超音波攪拌による脱イオン水浴で針を洗浄します。次に、105度に設定されたホットプレートを使用して、断熱針を10分間脱水します。
次に、きれいなスライドガラスに両面テープを貼ります。清潔な絶縁針を両面テープの露出面に並べて配置します。スパッタリング装置を使用して、テキストプロトコルに概説されているように、クロムと金を針に堆積させます。
まず、両面テープを使用して、金のスパッタリング針の1つをスライドガラスに固定します。スプレーコーターのチャックを100°Cに加熱します。スライドを加熱されたチャックに置きます。
針を2〜3分間加熱します。その後、金スパッタリング針にフォトレジストを、ここに示す条件で加熱しながらスプレーします。この後、スライドガラスをチャックに置いて摂氏100度で3分間加熱し、柔らかく焼きます。
100倍の倍率に設定された顕微鏡を使用して、針を検査し、フォトレジストが均一にコーティングされているかどうかを確認します。まず、自由に移動可能なサンプル保持プレートを、固定されたフォトマスク保持プレートに完全に接触するまでゆっくりと持ち上げます。空気圧ポンプを使用して、サンプル保持プレートを固定します。
次に、フォトレジストを塗布したニードルをサンプル保持プレートに載せます。CCDディスプレイモニターを使用して、投影された画像の境界線のうち2本とフォトマスクの平行な位置合わせ2本を位置合わせし、リアルタイムでプロセスを監視します。針をゆっくりと持ち上げて、針を固定フレキシブルフォトマスクに接触させます。
針を1センチメートル四方あたり15ミリジュールの強度で30秒間紫外線にさらします。その後、現像プロセスを3分間実行します。この後、脱イオン水を使用して、現像液をサンプルから洗い流します。
倍率200倍に設定した顕微鏡を使用して、フォトレジストがはっきりとパターン化されているかどうかを確認します。露光したフォトレジストが完全に除去されない場合は、現像プロセスを30秒間隔で繰り返します。ピンセットを使用して、サンプルをスライドガラスから取り外します。
ゴールドのウェットエッチング液に1分間浸します。次に、脱イオン水を使用してエッチング液を洗い流します。200倍に設定された顕微鏡を使用して、結果を検査します。
除去する金がまだ残っている場合は、エッチングプロセスを10秒間隔で繰り返します。次に、針をクロムエッチング液に30秒間浸します。脱イオン水を使用して、エッチャントを洗い流します。
エッチングした針をアセトン溶液に1分間浸します。この後、脱イオン水ですすいでください。105°Cに加熱したホットプレートに試料を移し、10分間脱水します。
次に、シュリンクチューブを電極より2〜3ミリメートル長くカットします。ヒートガンを使用して、熱収縮チューブの温度を150度に上げ、針をしっかりと不動態化します。この研究では、フォトレジストスプレーコーティングと柔軟なフォトマスクを使用して、皮下注射針の先端にインターディジット電極を作製します。
電極は直径820マイクロメートルで成功裏に製造されていますが、針の先端からの製造マージンは680マイクロメートルとわずかです。フォトマスクの幅とギャップはそれぞれ25マイクロメートルと15マイクロメートルで、フォトマスクの外側部分と針の曲面との間の不完全な接触から生じるUV線量の不均衡を解決するように設計されています。これらの変更により、UV露光時間を最適化することにより、電極の幅とギャップの両方を20μmで成功裏に製造することができます。
針上の電気インピーダンス分光法の識別能力は、さまざまな濃度のPBSを使用して評価されます。PBSは脱イオン水で連続希釈されるため、PBSの濃度が低下すると電気伝導率が低下します。したがって、PBSの濃度レベルが減少すると、インピーダンスの大きさが増加します。
この識別能力に基づき、4層構造のブタ組織を用いて1メガヘルツの周波数で深さプロファイリングを行います。EoNの浸透深さにより、インピーダンスや脂肪組織の大きさは筋組織の大きさと明確に区別されます。このビデオを見れば、丸みを帯びた表面のトレイに微小電極を作製して、直径が1mm未満を読み取る方法を理解できるはずです。
現在、脊椎麻酔、甲状腺生検、さらには腹腔鏡手術や情熱性動脈切除術などの手術に対する軽蔑的なニードルセンサーの臨床適用性がよりよく見つかります。
完全なトランスクリプトを表示し、数千本の科学動画にアクセス
概要
この研究は、生体医用応用のための注射針の先端に微細な互い違いの電極を形成する方法を示しています。この技術は、スプレーコーティングと柔軟なフォトマスクを使用したフォトリソグラフィにより、正確なパターニングを達成します。
研究の主要な構成要素
科学の分野
- 生体医用工学
- マイクロファブリケーション
- 電気化学センシング
背景
- 微細な電極の形成は、先進的な生体医用応用にとって重要です。
- この方法は、電極のパターニング時のUV線量の不均衡に関する問題を解決することを目的としています。
- 互い違いの電極は、医療処置における正確な測定に特に有用です。
- この研究は、電極開発における再現性と均一性に焦点を当てています。
研究の目的
- 直径1ミリメートル未満の注射針に互い違いの電極を形成すること。
- 薬物送達や手術などの生体医用応用で高精度を実現すること。
- 形成されたセンサーの電気インピーダンスを評価すること。
使用した方法
- プロトコルはフォトリソグラフィとスプレーコーティング技術を中心に展開されています。
- 注射針はセンサー接続の主要な生物学的モデルとして機能します。
- 研究では、異なるPBS濃度での電気インピーダンスを評価します。
- 主要なステップには、針の準備、UV露光、現像プロセス、エッチング手順が含まれます。
- 製造プロセス全体を通じて、重要な温度制御とタイミングが強調されています。
主な結果
- 20マイクロメートルのギャップと幅を持つ電極が成功裏に形成されました。
- 電気インピーダンスは異なるPBS濃度によって大きく変化し、効果的な測定の識別を可能にしました。
- 研究はまた、ブタ組織における深度プロファイリングの能力を示しました。
- 電極の成功的なパターニングにより、様々な臨床応用での精度の向上が可能になりました。
結論
- この研究は、生体医用応用のためのマイクロ電極を形成する新しいアプローチを強調しています。
- 開発された方法は、脊髄麻酔や生検などの臨床環境での使用の可能性を示しています。
- これは、様々な医療目的のためのセンサー技術の理解における進歩を強調しています。
よくある質問
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.
