양적, 피부가 상처 관리를위한 등각 피부와 같은 전자 시스템의 제조 및 특성

이 절차의 전반적인 목표는 정량적인 피부 상처 관리를 위한 피부 유사 전자 소자를 제작하는 것입니다. 이는 먼저 캐리어 기판 위에 전자 소자를 개발함으로써 수행됩니다. 두 번째 단계는 전자 소자를 내장할 엘라스토머 막을 준비하는 것입니다.

다음으로, 제작된 전자 소자를 제작 화합물에서 회수하여 멤브레인 위로 옮깁니다. 마지막 단계는 실리콘 코팅으로 전자 소자를 밀봉하고 데이터 수집을 위한 유연 케이블을 연결하는 것입니다. 완성된 장치를 환자의 상처 조직 근처에 적층하여 상처 관리의 일환으로 시간, 변화하는 온도 및 조직 열전도도를 모니터링합니다.

현미경 시각 검사에 기반한 기존 도구들에 비해 이 장치의 주요 장점은 상처 조직 근처의 온도와 열전도도에 대한 다기능 정량적 모니터링을 제공할 수 있다는 점입니다. 부드러운 생체 적합성 및 피부 착용 가능 장치는 임상 환경에서 사용할 수 있는 기능과 특성을 제공하며, 만성 상처 관리의 중요한 문제들을 해결할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 이 스핀 코팅 프로토콜은 모든 크기의 실리콘 웨이퍼에서 수행될 수 있습니다.

먼저 웨이퍼를 아세톤과 이소프로필 알코올로 탈지합니다. 그런 다음 탈이온수로 헹구고 질소 기류 하에서 건조합니다. 110 °C로 설정된 핫플레이트 위에서 웨이퍼를 3분 동안 탈수합니다.

이제 5 g의 PDMS를 웨이퍼 위에 3000 RPM으로 1분 동안 스핀 코팅하십시오. 150 °C로 설정된 핫플레이트에서 웨이퍼를 30분 동안 경화시켜 공정을 완료합니다. PDMS가 코팅된 웨이퍼를 3분 동안 UV 처리한 후, 웨이퍼 위에 폴리아미드를 스핀 코팅하십시오. 피펫으로 2 mL를 도포하고 4,000 RPM으로 1분 동안 회전시켜 1.2 µm 두께의 층을 형성합니다.

그 후 웨이퍼를 핫플레이트에서 150 °C로 5분 동안 사전 베이킹하고, 오븐에서 250 °C로 2시간 동안 베이킹합니다. 다음으로, 전자빔 증착기를 사용하여 접착력을 위한 20 nm 두께의 크롬 층을 증착한 후, 전도성을 위해 3 µm 두께의 구리 층을 증착합니다. 이어서, 10 µm 미만의 층을 형성하기 위해 2 mL의 포토레지스트를 3단계에 걸쳐 웨이퍼 위에 스핀 코팅합니다.

이제 75 °C 핫플레이트에서 웨이퍼를 30분 동안 경화시킵니다. 다음으로, 10 mW/s의 UV 정렬기를 사용하여 구리 전자 패턴을 웨이퍼 중앙에 맞춥니다. 노광 시간은 25초로 설정하십시오.

프랙탈 패턴을 사용하여 센서를 제작하고, 상호 연결을 위한 오픈 메쉬를 만듭니다. 33% 현상액 용액에서 1분 동안 포토레지스트를 현상합니다. 그런 다음 칩을 탈이온수로 헹구고 질소 기류 하에서 건조합니다.

진행하기 전에 현미경으로 패턴의 결함 여부를 확인하십시오. 그다음, 화학 식각액에 6분 동안 담가 웨이퍼의 구리를 식각합니다. 식각 후 웨이퍼를 헹구고 건조하십시오.

이전과 마찬가지로, 현미경을 통해 식각된 패턴을 확인하십시오. 20% 이상의 과식각(over etching)은 구리 리드의 기계적 결함을 유발합니다. 크롬 층을 식각하려면 5분 동안 반응성 이온 식각을 수행하십시오. 식각 상태를 확인한 후, 10 mL의 아세톤으로 남은 포토레지스트를 제거하고, 이어서 10 mL의 이소프로판올로 세척하십시오.

셋째로, 탈이온수 20 milliliters를 준비합니다. 배스 처리를 마친 후, 질소 기류 하에서 웨이퍼를 건조시킵니다. 본 프로토콜에서는 전자 소자가 전사될 대상 물질을 위한 캡슐화 실리콘 혼합물 10 grams를 10 centimeter 너비의 페트리 접시에 조제합니다.

혼합물 8g을 150 RPM에서 1분 동안 스핀 코팅하여 0.5mm 두께의 실리콘 코팅층을 형성합니다. 이를 상온에서 하룻밤 동안 경화시킵니다.

다음으로, 전자 패턴을 위한 적층 표면 역할을 하도록 적절한 크기로 자른 수용성 테이프를 패턴 칩 위에 부착합니다. 테이프를 부착한 후, 웨이퍼를 130 °C에서 3분 동안 가열합니다. 그런 다음 테이프를 빠르게 벗겨내어 회수 패턴 위에 있는 전자 소자를 분리하고 회수합니다.

전자빔 증착법을 사용하여 접착력을 높이기 위해 20 nanometers 두께의 크롬을 증착합니다. 그 다음 크롬 층 위에 50 nanometers 두께의 이산화규소를 증착합니다. 이제 실리콘 층을 회수하여 8.9 milliwatts per square centimeter의 강도로 365 nanometer UV 광선을 2분 동안 조사합니다.

이렇게 하면 실리콘이 활성화되어 표면이 활성화됩니다. 회수한 전자 소자를 실리콘에 누르고, 대상 재료 위에 고르게 펼칩니다. 그다음 테이프에 물을 처리하여 녹인 후, 5분 뒤에 테이프를 떼어냅니다.

그 다음 실리콘을 탈이온수로 헹구고 90 °C 핫플레이트에서 1분 동안 건조합니다. 소자를 제작하기 위해, 반데르발스 결합력을 이용하여 직사각형 모양의 PDMS 조각으로 접촉 패드를 덮는 것부터 시작합니다. 이제 전송 전자 회로 부분에 캡슐화된 실리콘 혼합물 5 g을 4,000 RPM으로 1분 동안 스핀 코팅합니다.

이렇게 하면 5 µm 두께의 층이 형성되며, 이를 상온에서 하룻밤 동안 경화시킵니다. 다음 날, 센서 패드를 0.5 mL의 액상 스틸 플럭스로 3초 동안 세척하십시오. 그런 다음 60 °C 이상의 압력과 열을 가하여 유연한 리본 케이블을 접점 부위에 접합합니다.

멀티미터로 연결 상태를 확인하십시오. 센서 패드와 필름 케이블 사이의 1cm 거리에서의 저항은 1Ω 미만이어야 합니다. 리본 케이블의 반대쪽 끝을 동일한 방식으로 맞춤형 회로 기판에 접합하십시오. 마지막으로, 일반 와이어를 PCB에 납땜하여 장치를 데이터 수집 하드웨어에 연결하십시오.

설명된 프로토콜을 사용하여 전자 센서 소자를 제작하였습니다. 해당 소자의 유연성을 조사하였습니다. 인장 변형 하에서 기계적 파손은 발생하지 않았으며, 소자는 정상적으로 작동하였습니다.

고정밀 핫플레이트를 사용하여 6개 센서 위치의 저항을 측정하였습니다. 센서가 미세한 온도 변화를 감지할 수 있도록 잘 보정되었음을 보여주는 선형 관계가 나타났습니다. 또한, 임상 환경에서 해당 장치의 열전도율을 평가하기 위해 최적화된 3-omega 신호를 사용하였습니다.

해당 장치는 수술 후 최대 한 달 동안 상처 치유 과정을 모니터링하는 데 사용되었습니다. 이를 통해 상처 치유 과정의 온도를 측정하였습니다. 수술 3일 차에 상처 부위에 심한 염증이 발생하였으며, 이는 장치로 측정된 온도 급증으로 나타났습니다.

이 영상을 시청하고 나면, 환자의 정량적 상처 관리를 위한 컨포멀 스키믹 전기 소자를 제작하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.