생명 의학 어플리케이션에 대 한 포토 레지스트 스프레이 코팅 및 유연한 포토 마스크를 사용 하 여 피하 주사 바늘 끝에 미세 전극의 제조
2017년 11월 28일
정밀한 센서 전극의 제조 방법 (간격과 폭: 20 µ m) 피하 주사 바늘의 끝에 (직경: 720 µ m)는 사진 평판 과정에서 스프레이 코팅 및 유연한 필름 포토 마스크를 사용 하 여 보여 줍니다.
이 프로토콜의 전반적인 목표는 생체 의학 응용 분야를 위해 직경이 1mm 미만인 피하 주사 바늘 끝에 미세한 삽입 전극을 제작하는 것입니다. 이 방법은 포토레지스트의 스프레이 코팅과 마스크용 유연한 필름으로 포토리소그래피 공정을 사용하여 피하 주사 바늘의 둥근 끝에 방언 금속 패터닝을 달성할 수 있습니다. 제작된 마이크로 다이오드 센서는 약물 전달, 생검 및 전기 광도계를 소작하여 고정밀 수술과 같은 생물 의학 응용 분야에 널리 사용될 수 있습니다.
이 절차를 시작하려면 피하 주사 바늘의 침투 깊이에 따라 필요한 경우 길이를 조정하여 3cm 길이의 열 수축 튜브를 자릅니다. 절단된 열수축 튜브에 피하 주사 바늘을 삽입합니다. 히트 건을 사용하여 섭씨 150도로 설정하고 튜브를 수축시킵니다.
그런 다음 허브에서 피하 주사 바늘을 분리하십시오. 초음파 교반으로 탈이온수 수조에서 바늘을 청소하십시오. 그런 다음 105도로 설정된 핫 플레이트를 사용하여 절연 바늘을 10분 동안 탈수시킵니다.
그런 다음 깨끗한 유리 슬라이드에 양면 테이프를 붙입니다. 깨끗한 절연 바늘을 양면 테이프의 노출된 면에 나란히 배열합니다. 스퍼터링 장비를 사용하여 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 바늘에 크롬과 금을 침
전합니다.먼저 양면 테이프를 사용하여 금색 스퍼터링 바늘 중 하나를 유리 슬라이드에 고정합니다. 스프레이 코터의 척을 섭씨 100도로 가열합니다. 가열된 척에 슬라이드를 놓습니다.
바늘을 2-3분 동안 가열합니다. 그런 다음 여기에 표시된 조건을 사용하여 가열하는 동안 골드 스퍼터링 바늘에 포토레지스트를 뿌립니다. 그 후, 부드러운 베이킹을 위해 섭씨 100도에서 3분 동안 가열하기 위해 척의 유리 슬라이드를 그대로 두십시오.
100배 배율로 설정된 현미경을 사용하여 바늘을 검사하여 포토레지스트가 균일하게 코팅되어 있는지 확인합니다. 먼저, 고정된 포토마스크 홀딩 플레이트에 완전히 닿을 때까지 자유롭게 움직일 수 있는 샘플 홀딩 플레이트를 천천히 들어 올립니다. 공압 펌프를 사용하여 샘플 홀딩 플레이트를 고정합니다.
다음으로, 포토레지스트 코팅된 바늘을 샘플 고정 플레이트에 놓습니다. CCD 디스플레이 모니터를 사용하여 투사된 이미지의 경계선 중 두 개를 포토마스크의 두 평행 정렬선과 정렬하여 프로세스를 실시간으로 모니터링합니다. 바늘을 천천히 들어 올려 바늘이 고정된 유연한 포토마스크에 닿도록 합니다.
바늘을 제곱센티미터당 15밀리줄의 강도로 30초 동안 자외선에 노출시킵니다. 그런 다음 3 분 동안 현상 프로세스를 수행합니다. 그런 다음 탈이온수를 사용하여 샘플에서 현상액을 헹굽니다.
200배 배율로 설정된 현미경을 사용하여 포토레지스트가 명확하게 패턴화되어 있는지 확인합니다. 노출된 포토레지스트가 완벽하게 제거되지 않은 경우 30초 간격으로 현상 과정을 반복합니다. 핀셋을 사용하여 유리 슬라이드에서 샘플을 분리합니다.
금빛 젖은 에칭액에 1분 동안 담그십시오. 그런 다음 탈이온수를 사용하여 에칭액을 헹굽니다. 200배 배율로 설정된 현미경을 사용하여 결과를 검사합니다.
제거할 금이 여전히 남아 있으면 10초 간격으로 에칭 과정을 반복합니다. 그런 다음 바늘을 크롬 에칭액에 30초 동안 담그십시오. 완료되면 탈이온수를 사용하여 에칭액을 헹굽니다.
에칭된 바늘을 아세톤 용액에 1분 동안 담그십시오. 그런 다음 탈이온수로 헹굽니다. 샘플을 섭씨 105도로 가열된 핫 플레이트로 옮겨 10분 동안 탈수합니다.
그런 다음 수축 튜브를 전극보다 2-3mm 길게 자릅니다. 히트 건을 사용하여 열 수축 튜브의 온도를 150도로 올려 바늘을 단단히 부동태화합니다. 이 연구에서는 포토레지스트 스프레이 코팅과 유연한 포토마스크를 사용하여 피하 주사 바늘 끝에 교차 전극을 제작합니다.
전극은 820마이크로미터의 직경으로 성공적으로 제작되었으며 바늘 끝의 제조 마진은 680마이크로미터만큼 작습니다. 각각 25마이크로미터와 15마이크로미터인 포토마스크의 너비와 간격은 포토마스크의 바깥쪽 부분과 바늘의 곡면 사이의 불완전한 접촉으로 인해 발생하는 UV 선량 불균형을 해결하도록 설계되었습니다. 이러한 변화를 통해 UV 노출 시간을 최적화하여 전극의 너비와 갭을 20마이크로미터에서 성공적으로 제작할 수 있습니다.
바늘에 대한 전기 임피던스 분광법의 식별 능력은 다양한 농도의 PBS를 사용하여 평가됩니다. PBS는 탈이온수로 직렬로 희석되기 때문에 PBS의 농도가 감소함에 따라 전기 전도도가 감소합니다. 따라서 PBS의 농도 수준이 감소함에 따라 임피던스의 크기가 증가합니다.
이러한 판별 기능을 기반으로 뎁스 프로파일링은 4개의 층상 돼지 조직을 사용하여 1메가헤르츠의 주파수로 수행됩니다. EoN의 침투 깊이에 따라 임피던스와 지방 조직의 크기는 근육 조직의 크기와 명확하게 구별됩니다. 이 비디오를 시청한 후에는 직경이 1mm 미만인 것을 읽기 위해 둥근 표면의 트레이에 미세 전극을 제작하는 방법을 이해해야 합니다.
현재 우리는 척추 마취, 갑상선 생검, 심지어 복강경 수술 및 열정 앞치마 절제술과 같은 수술에 대한 경멸을 위한 바늘 센서의 임상적 적용 가능성을 더 잘 찾고 있습니다.
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개요
본 연구는 의료용 바늘 끝단에 미세한 교대 전극을 제작하는 방법을 시연합니다. 이 기술은 스프레이 코팅과 유연한 포토마스크를 사용한 포토리소그래피를 통해 정밀한 패턴화를 달성합니다.
주요 연구 요소
과학 분야
- 의료 공학
- 마이크로 제조
- 전기화학 센싱
배경
- 미세한 전극 제작은 고급 의료 응용을 위해 매우 중요합니다.
- 이 방법은 전극 패턴화 중 자외선 노출 불균형 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다.
- 교대 전극은 의료 치료에서의 정밀한 측정에 특히 유용합니다.
- 이 연구는 전극 개발의 재현성과 균일성에 초점을 맞추고 있습니다.
연구 목적
- 지름이 1밀리미터 미만인 바늘에 교대 전극을 제작합니다.
- 약물 전달 및 수술과 같은 의료 응용에서 높은 정밀도를 가능하게 합니다.
- 제작된 센서의 전기 임피던스를 평가합니다.
사용된 방법
- 프로토콜은 포토리소그래피 및 스프레이 코팅 기술을 중심으로 합니다.
- 바늘은 센서 부착을 위한 주요 생물학적 모델로 사용됩니다.
- 연구는 PBS 농도가 다른 경우의 전기 임피던스를 평가합니다.
- 주요 단계에는 바늘 준비, 자외선 노출, 현상 과정, 및 에칭 절차가 포함됩니다.
- 제작 과정 전반에 걸쳐 임계 온도 제어 및 타이밍이 강조됩니다.
주요 결과
- 전극은 20마이크로미터의 간격과 폭으로 성공적으로 제작되었습니다.
- 전기 임피던스는 다른 PBS 농도에서 크게 변하여 효과적인 측정 구분을 가능하게 했습니다.
- 연구는 돼지 조직에서의 깊이 프로파일링 가능성도 입증했습니다.
- 전극의 성공적인 패턴화는 다양한 임상 응용에서의 정밀도 향상을 가능하게 합니다.
결론
- 이 연구는 의료 응용을 위한 마이크로전극 제작의 새로운 접근법을 강조합니다.
- 개발된 방법은 척수 마취 및 생검과 같은 임상 환경에서의 사용 가능성을 보여줍니다.
- 이는 다양한 의료 목적을 위한 센서 기술 이해의 발전을 강조합니다.
자주 묻는 질문
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.
