Name: Holle microneedle-gebaseerde sensor voor multiplexverzending transdermale Elektrochemische Sensing (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-06-01T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 19 s
Description: Leer de fabricage van een holle microneedle-sensor voor multiplex transdermale elektrochemische detectie van meerdere analyten. Deze methode maakt minimaal invasieve monitoring in complexe fysiologische omgevingen mogelijk.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Sandia is multiprogram laboratorium geëxploiteerd door Sandia Corporation, een Lockheed Martin Company, voor de Verenigde Staten voor Department of National Nuclear Security Administration Energy&#39;s onder contract DE-AC04-94AL85000. De auteurs erkennen de financiering van Laboratorium Sandia National Laboratories &#39;Geregisseerd Research &amp; Development (LDRD) programma.

1. Microneedle Fabrication <ol><li> Met behulp van drie-dimensioneel modelleren software Solidworks (Dassault Systèmes SA, Velizy, Frankrijk), het ontwerpen van een piramide-vormige holle microneedle array (figuur 1). 3-5 </li><li> Ontwerp een ondersteunende structuur voor de microneedle array met Magics RP 13 software (Materialise NV, Leuven, België). De draagstructuur kan de hars van het apparaat afvoer tijdens fabricage en een basis waarop de micronaaldjes worden gebouwd. Een voorbeeld draagconstructie in figuur 1. </li><li> De gekoppelde steun en microneedle reeks bestanden worden geüpload naar de Perfactory RP software (EnvisionTEC GmbH, Gladbeck, Duitsland), die het productieproces controleert. Binnen deze software pakket, kiest u het aantal microneedle arrays voor verdere verwerking en de plaatsing van de apparaten op de fabricage plaat. </li><li> Run kalibratie in ultraviolet-modus op 180 mW voor de Perfactory snelle prototyping productiesysteem en controleer of de afwijking in energie ligt binnen ± 2 mW. </li><li> Na fabricage is voltooid, verwijdert u de microneedle arrays uit de grondplaat en ontwikkelen in isopropanol gedurende 15 minuten. Droog de reeksen met perslucht en genezen micronaaldjes bij kamertemperatuur gedurende 50 seconden in de Otoflash Postcuring System (EnvisionTEC GmbH, Gladbeck, Duitsland) volledige polymerisatie waarborgen. </li><li> Valideer microneedle fabricage via microscopie en controleer dat elke microneedle boring is hol en vrij. Volledig vervaardigd micronaaldjes worden getoond in Figuur 2. </li></ol> 2. Fabricage van Carbon plakken Electrode Arrays <ol><li> Gebruik een 60 W Model 6,75 CO 2 raster / vector lasersysteem (Universal Laser Systems, Inc, Scottsdale, AZ) om gaten te knippen en de onderliggende individueel adresseerbare het aansluiten van koperen draden bloot in een platte flexibele kabel (21.039 tot 0.249 duizend), die verkregen uit een commerciële bron (MoConnector lex Corp, Lisle, IL) (Figuur 3 (A en B)). Plaats de platte flexibele kabels in een mal om goed te worden aangepast aan de laser ablatie plaat. Gebruik rastervelden benadering 500 micrometer diameter holten in de isolerende gedeelte van de soepele kabel te maken. Patronen voor ablatie worden gemaakt in CorelDraw (Corel, Ottawa, Ontario) en opgestuurd naar het lasersysteem. </li><li> Reinig de gewijzigde platte flexibele kabels met een airbrush die sprays aceton bij 40 psi. Beëindig het schoonmaken hen door te spoelen met isopropanol en gedeïoniseerd water. Controleer of onder een microscoop dat er geen isolerende film blijft over de koperen strips. </li><li> De volgende stap is het creëren van een holding holte voor het verpakken van koolstof pasta&#39;s. Melinex tape (0,002 &quot;dikte gecoat op een zijde met een drukgevoelige acrylaat lijm) wordt geablateerd met hetzelfde patroon als de elektrode strips, gericht op het te verdampen elektrode strips, en gecomprimeerd op 3000 psi gedurende 2 minuten om een ​​goede aansluiting te garanderen. dit case de holte diameter 750 pm. </li><li> Een extra Melinex band (0,004 &quot;dikte bekleed aan beide zijden drukgevoelige acrylhechtmiddel) wordt vervolgens verwijderd in hetzelfde patroon als enkelzijdige plakband wordt na de aanpassing het hechten van de microneedle arrays de carbon pasta elektrode arrays . </li></ol> 3. Synthese van functionele carbon Pasta&#39;s en Verpakking van de elektrode Gaatjes <ol><li> De glucose gevoelige koolstof pasta gebaseerd van een eerdere recept wordt verkregen door 10 mg glucoseoxidase en 2,2 mg poly (ethyleenimine) tot een homogeen mengsel is verkregen. 16 Aan dit mengsel 60 mg van rhodium op koolstof poeder ( 5% belasting) toegevoegd. 40 mg minerale olie wordt toegevoegd en vervolgens gemengd. De pasta&#39;s bewaard bij 4 ° C tot gebruik, de pasta&#39;s worden gebruikt tot een week na de bereiding. </li><li> De pH-gevoelige kool pasta wordt verkregen door mengen 30% (w / w) minerale olie en 70% (w / w) grafiet powder. Verpak plakken in de elektrode holte zoals beschreven in paragraaf 3.4. Merk oplossing van 10 mM Fast Blue RR diazoniumzout (4-benzoylamino-2 ,5-dimethoxybenzenediazonium chloride hemi (zinkchloride) zout) in 0,5 M fosforzuur. 17 Breng een druppel 20 ul van deze oplossing via gepakte pasta elektrode 30 minuten spontaan chemisorb de Fast Blue PR diazoniumzout. Spoel na met gedemineraliseerd water en bewaar in de buffer of gedemineraliseerd water wanneer niet in gebruik. </li><li> De lactaat gevoelige koolstof pasta gebaseerd van een eerdere recept wordt verkregen door mengen van 2,5 mg rhodium op koolstofpoeder en 2,5 mg van lactaat oxidase, afwisselend 5 minuten sonificatie en 5 minuten vortexen vijf rotaties 18. </li><li> Verpakking van de gewijzigde pasta in de voorbehandelde platte flexibele kabel door toepassing van de respectieve pasta boven de electrode holten. Met behulp van een dun stukje plastic (bijvoorbeeld een rand van een plastic wegen boot) als een troffel en pak thij plakken tot een glad oppervlak wordt verkregen. Herhaal dit met een tweede schone gewicht van de boot tot overtollige pasta wordt verwijderd. Was met gedemineraliseerd water. Een schematische weergave laser ablatie om gaatjes te maken, het verpakken van carbon pasta&#39;s, en microneedle integratie (beschreven in deel 2 en 3) is weergegeven in figuur 3. </li></ol> 4. Detectie en sensor calibratie <ol><li> Lactaat detectie vindt plaats door het meten van de chronoamperometric reactie van de sensor -0,15 V en opnemen van de huidige 15 seconden in 0,1 M fosfaatbuffer (pH = 7,5). Figuur 4 (a) een schematische voorstelling van de elektrokatalytische reactie voor de detectie van lactaat bevat . </li><li> Glucose detectie wordt uitgevoerd op dezelfde wijze door het meten van de chronoamperometric reactie van de sensor -0,05 V en opnemen van de huidige 15 seconden in 0,1 M fosfaatbuffer (pH 7,0). Figuur 4 (b) een schematische weergave van de reactie voor elektrokatalytische detection glucose. </li><li> pH wordt gecontroleerd door het uitvoeren van cyclische voltammetrische scans van -0,7 V tot 0,8 V 100 mV / s en vastleggen van de positie van de oxidatieve piek potentieel. Een schematische weergave van de redoxreacties voor pH detectie in figuur 5. </li><li> Ijklijnen voor glucose en lactaat sensoren kunnen worden gemaakt door opeenvolgende toevoegingen van de betrokken analyt; chronoamperometric metingen uitvoeren na elke analyt aanvulling als beschreven in paragraaf 5.1 en 5.2. U kunt vaste potentiaal chronoamperometric metingen worden verricht onder roeren waarbij voldoende tijd (~ 10-100 seconden) tussen elke analyt aanvulling voor de huidige stabilisatie. </li><li> pH ijklijnen kunnen worden gemaakt door meten van de positie van de oxidatieve piek mogelijke over een reeks pH bekend 5-8 in 1.0 pH eenheid stappen en opnemen cyclische voltammogrammen zoals beschreven in 5.3. </li></ol> 5. Vertegenwoordiger van Resultaten Bij het verkrijgen van chronoamperometric bochten (bijvoorbeeld voor detectie glucose of lactaat detectie) in rust-oplossingen met aangepaste carbon plakken gevuld micronaalden, zal de huidige onmiddellijk te verlagen op verzoek van de desbetreffende detectie-potentieel. Het zal uiteindelijk vergaan tot een steady-state waarde. Een representatief resultaat wordt getoond in Figuur 6; dit resultaat werd verkregen uit 2 mM toevoegingen van lactaat en het opnemen met de lactaat microneedle. De oplossing kort worden geroerd na elke lactaat toevoeging. De huidige na 15 seconden stijgt bij toenemende concentratie van lactaat, de huidige reactie kan dan worden gebruikt om de concentratie van lactaat bepalen in een onbekende oplossing. Als alternatief kan continue bewaking worden in een geroerde oplossing (of in een stromende oplossing), zoals blijkt een oplossing met een toenemend glucose concentratie (Figuur 5). Ook de bijdrage van de bij toenemende thij glucoseconcentratie kan worden gebruikt om de glucose reactie op een onbekende oplossing standaardiseren. Er moet voldoende tijd worden toegestaan ​​na elke piek, zodat de oplossing te stabiliseren. Cyclische voltammogrammen de pH-gevoelige microneedle in 0,1 M fosfaatbuffer wordt over vier pH oplossingen 5-8 in een pH-eenheid stappen in figuur 6. De oxidatieve piek mogelijke verschuivingen met toenemende pH, dit verschijnsel wordt gebruikt als indicator van de pH. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/4067/4067fig1.jpg" /> Figuur 1. Afbeeldingen van het STL-bestand van het microneedle array gemaakt in Solidworks (A) en de druk scherm waarvan de draagstructuur (B) toont. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/4067/4067fig2.jpg" /> Figuur 2. Rasterelektronenmicrografieën de microneedle matrix (A) en een microneedle in deze matrix (B). Figuur 3. Schematische voorstelling van platte flexibele kabel montage. De betrokken stappen omvat het wijzigen van de platte flexibele kabel (A) wegnemen van de patroon cirkels (B), waarbij de eerste geablateerd Melinex laag die is gevuld met koolstof pasta (C), en toevoegen van de tweede laag en verdampen Melinex paren de microneedle array (D). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4067/4067fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken</a> . <img alt="Figuur 4" src="/files/ftp_upload/4067/4067fig4.jpg" /> Figuur 4. Kalibratie van lactaat-gevoelige pasta met 15 seconden chronoamperometric scans -0,15 V in 0,1 M fosfaatbuffer (pH = 7,5). Elke verhoging in de huidige overeen met een 2 mM toevoeging van lactaat. <img alt="Figuur 5" src="/files/ftp_upload/4067/4067fig5.jpg" /> Figuur 5. </sTrong&gt; Kalibratie van glucose-gevoelige pasta draaien chronoamperometric scans op -0,05 V. Elke daling van de respons komt overeen met een 2 mm toevoeging van glucose. De 0,1 M fosfaatbuffer (pH = 7,0) werd gedurende kalibratie. Externe Ag / AgCl referentie en Pt tegenelektroden werden gebruikt in deze studie. <img alt="Figuur 6" src="/files/ftp_upload/4067/4067fig6.jpg" /> Figuur 6. Cyclische voltammogram (CV) van pH-gevoelige koolstof plak in 0,1 M fosfaatbuffer pH op 5-8 in een pH-eenheid stappen (blauwgroen = pH 8,0, groen = pH 7,0, paars = pH 6,0, rood = pH 5,0). Een vijfde CV werd gebruikt voor de analyse ten opzichte van Ag / AgCl referentie-en Pt draad tegen de elektroden.

<ol><li>Henry, S., McAllister, D. V., Allen, M. G., Prausnitz, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfabricated+microneedles%3A+a+novel+approach+to+transdermal+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Pharm.+Sci%22%5BJournal%5D)">Microfabricated microneedles: a novel approach to transdermal drug delivery.</a> J. Pharm. Sci. 87, 922-925 (1998).</li>
<li>Prausnitz, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microneedles+for+transdermal+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Drug+Deliv.+Rev%22%5BJournal%5D)">Microneedles for transdermal drug delivery.</a> Adv. Drug Deliv. Rev. 56, 581-587 (2004).</li>
<li>Miller, P. R., Gittard, S. D., Edwards, T. L., Lopez, D. M., Xiao, X., Wheeler, D. R., Monteiro-Riviere, N. A., Brozik, S. M., Polsky, R., Narayan, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrated+carbon+fiber+electrodes+within+hollow+polymer+microneedles+for+transdermal+electrochemical+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Biomicrofluidics%22%5BJournal%5D)">Integrated carbon fiber electrodes within hollow polymer microneedles for transdermal electrochemical sensing.</a> Biomicrofluidics. 5, 013415-013415 (2011).</li>
<li>Windmiller, J. R., Zhou, N., Chuang, M. C., Valdés-Ramírez, G., Santhosh, P., Miller, P. R., Narayan, R., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microneedle+array-based+carbon+paste+amperometric+sensors+and+biosensors%5BTitle%5D)+AND+%22Analyst%22%5BJournal%5D)">Microneedle array-based carbon paste amperometric sensors and biosensors.</a> Analyst. 136, 1846-1851 (2011).</li>
<li>Windmiller, J. R., Valdés-Ramírez, G., Zhou, N., Zhou, M., Miller, P. R., Jin, C., Brozik, S. M., Polsky, R., Katz, E., Narayan, R., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bicomponent+microneedle+array+biosensor+for+minimally-invasive+glutamate+monitoring%5BTitle%5D)+AND+%22Electroanal%22%5BJournal%5D)">Bicomponent microneedle array biosensor for minimally-invasive glutamate monitoring.</a> Electroanal. 23, 2302-2309 (2011).</li>
<li>Ricci, F., Moscone, D., Palleschi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ex+vivo+continuous+glucose+monitoringwith+microdalysis+technique%3A+The+example+of+GlucoDay%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Sensors+J%22%5BJournal%5D)">Ex vivo continuous glucose monitoringwith microdalysis technique: The example of GlucoDay.</a> IEEE Sensors J. 8, 63-70 (2008).</li>
<li>Zimmermann, S., Fienbork, D., Flounders, A. W., Liepmann, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In-device+enzyme+immobilization%3A+Wafer-level+fabrication+of+an+integrated+glucose%5BTitle%5D)+AND+%22Sens.+Actuat.+B%22%5BJournal%5D)">In-device enzyme immobilization: Wafer-level fabrication of an integrated glucose.</a> Sens. Actuat. B. 99, 163-173 (2004).</li>
<li>Miller, P. R., Skoog, S. A., Edwards, T. L., Lopez, D. M., Wheeler, D. R., Arango, D. C., Xiao, X., Brozik, S. M., Wang, J., Polsky, R., Narayan, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiplexed+microneedle-based+biosensor+array+for+characterization+of+metabolic+acidosis%5BTitle%5D)+AND+%22Biomicrofluidics%22%5BJournal%5D)">Multiplexed microneedle-based biosensor array for characterization of metabolic acidosis.</a> Biomicrofluidics. 88, 739-742 (2012).</li>
<li>Miller, P. R., Skoog, S. A., Edwards, T. L., Lopez, D. M., Wheeler, D. R., Arango, D. C., Xiao, X., Brozik, S. M., Wang, J., Polsky, R., Narayan, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiplexed+microneedle-based+biosensor+array+for+characterization+of+metabolic+acidosis%5BTitle%5D)+AND+%22Talanta%22%5BJournal%5D)">Multiplexed microneedle-based biosensor array for characterization of metabolic acidosis.</a> Talanta. 88, 739-742 (2012).</li>
<li>Rofstad, E. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microenvironment-induced+cancer+metastasis%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Radiat.+Biol%22%5BJournal%5D)">Microenvironment-induced cancer metastasis.</a> Int. J. Radiat. Biol. 76, 589-605 (2000).</li>
<li>Vander Heiden, M. G., Cantley, L. C., Thompson, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+the+Warburg+effect%3A+the+metabolic+requirements+of+cell+proliferation%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Understanding the Warburg effect: the metabolic requirements of cell proliferation.</a> Science. 324, 1029-1033 (2009).</li>
<li>Warburg, O., Wind, F., Negelein, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+metabolism+of+tumors+in+the+body%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Gen.+Physiol%22%5BJournal%5D)">The metabolism of tumors in the body.</a> J. Gen. Physiol. 8, 519-530 (1927).</li>
<li>The Tumour Microenvironment: Causes and Consequences of Hypoxia and Acidity. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Novartis+Foundation+Symposium+240%22">Novartis Foundation Symposium 240</a>. Goode, J. A., Chadwick, D. J. , John Wiley & Sons, Ltd. (2008).</li>
<li>Cardone, R. A., Casavola, V., Reshkin, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+disturbed+pH+dynamics+and+the+Na%2B%2FH%2B+exchanger+in+metastasis%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Rev.+Cancer%22%5BJournal%5D)">The role of disturbed pH dynamics and the Na+/H+ exchanger in metastasis.</a> Nature Rev. Cancer. 5, 786-795 (2005).</li>
<li>Robergs, R. A., Ghiasvand, F., Parker, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biochemistry+of+exercise-induced+metabolic+acidosis%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Phys%22%5BJournal%5D)">Biochemistry of exercise-induced metabolic acidosis.</a> Am. J. Phys. 287, R502-R516 (2004).</li>
<li>Wang, J., Liu, J., Chen, L., Lu, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+selective+membrane-free%2C+mediator-free+glucose+biosensor%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Highly selective membrane-free, mediator-free glucose biosensor.</a> Anal. Chem. 66, 3600-3603 (1994).</li>
<li>Makos, M. A., Omiatek, D. M., Ewing, A. G., Heien, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+characterization+of+a+voltammetric+carbon-fiber+microelectrode+pH+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Development and characterization of a voltammetric carbon-fiber microelectrode pH sensor.</a> Langmuir. 26, 10386-10391 (2010).</li>
<li>Wang, J., Chen, Q., Pedrero, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+selective+biosensing+of+lactate+at+lactate+oxidase+containing+rhodium-dispersed+carbon+paste+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem.+Acta%22%5BJournal%5D)">Highly selective biosensing of lactate at lactate oxidase containing rhodium-dispersed carbon paste electrodes.</a> Anal. Chem. Acta. 304, 41-46 (1995).</li>
</ol>

Geen belangenconflicten verklaard.

Meerdere aspecten van het ontwerp van deze microneedle-gebaseerde sensor werden beschouwd als voorafgaand aan het apparaat fabricage. Om deze sensor gebruikt voor real-time detectie moet de respons van de sensor laag, in dit protocol elk getest sensor vertoonde een reactietijd onder vijftien seconden. Pasta&#39;s die in dit protocol werden ook gekozen omwille van hun selectiviteit binnen de in vivo-omgevingen, die elektroactieve biomoleculen die kunnen interfereren met elektrode reactie bevatten. Naast samenste...

<table border="1"><tbody><tr><td> Naam van het serum </td><td> Vennootschap </td><td> Catalogusnummer </td></tr><tr><td> Platte flexibele kabel </td><td> Molex </td><td> 3302/10SF </td></tr><tr><td> 0,003 &quot;Side plakband </td><td> Melinex </td><td></td></tr><tr><td> 0.004 &quot;Dubbelzijdig plakband </td><td> Melinex </td><td></td></tr><tr><td> Lactaat-oxidase </td><td> Sigma </td><td> L0638 </td></tr><tr><td> Glucoseoxidase </td><td> Sigma </td><td> G7141 </td></tr><tr><td> Rhodium op koolstof </td><td> Sigma </td><td> 206164 </td></tr><tr><td> Grafietpoeder </td><td> Sigma </td><td> 385031000 </td></tr><tr><td> poly (ethyleenimine) </td><td> Acros </td><td> 178570010 </td></tr><tr><td> Minerale olie </td><td> Sigma </td><td> M5904 </td></tr><tr><td> Glucose </td><td> Sigma &lt;/ Td&gt; <td> G8270 </td></tr><tr><td> Lactaat </td><td> Sigma </td><td> L1750 </td></tr><tr><td> Snel Blue RR zout </td><td> Sigma </td><td> F0500 </td></tr><tr><td> e-Shell 300 </td><td> EnvisionTEC </td><td></td></tr><tr><td> e-Shell 200 </td><td> EnvisionTEC </td><td></td></tr><tr><td> Ag / AgCl referentie-elektrode </td><td> Basi </td><td> MF-2052 </td></tr><tr><td> Pt draad </td><td> Basi </td><td></td></tr><tr><td> PGSTAT12 AutolabPotentiostat </td><td> EcoChemie </td><td></td></tr><tr><td> Perfactory RP </td><td> EnvisionTEC </td><td></td></tr><tr><td> Ottoflash Postcuring systeem </td><td> EnvisionTEC </td><td></td></tr><tr><td> Fosforzuur </td><td> Visser </td><td> A366-4 </td></tr><tr><td> 60W Model 6,75 CO 2 raster / vector lasersysteem </td><td> Universal Laser Systems </td><td> PLS6.75 </td></tr><tr><td> CorelDraw </td><td> Corel </td><td></td></tr><tr><td> Solidworks </td><td> Dassault Systèmes </td><td> 2009 </td></tr><tr><td> Magics RP13 </td><td> Materialise </td><td></td></tr></tbody></table>

holle microneedle-gebaseerde sensor voor multiplexverzending transdermale elektrochemische sensing

Hollow Microneedle-based Sensor for Multiplexed Transdermal Electrochemical Sensing

De ontwikkeling van een minimaal invasieve gemultiplexte monitoring systeem voor snelle analyse van biologisch relevante moleculen zou kunnen bieden personen die lijden aan chronische aandoeningen gemakkelijke beoordeling van hun directe fysiologische toestand. Bovendien kan het dienen als een research tool voor de analyse van complexe, multifactoriële aandoeningen. Om een ​​dergelijke sensor multianalyte te realiseren, moet het minimaal invasieve bemonstering interstitiële vloeistof moet plaatsvinden zonder pijn of schade aan de gebruiker, en analyse moet snel en selectief. In eerste instantie ontwikkeld voor pijnvrij drug delivery, micronaalden zijn gebruikt om vaccins en farmacologische middelen (bijvoorbeeld insuline) te leveren via de huid. 1-2 Aangezien deze apparaten de interstitiële ruimte toegang te krijgen, kan micronaaldjes die geïntegreerd zijn met micro-elektroden worden gebruikt als transdermale elektrochemische sensor. Selectieve detectie van glucose, glutamaat, lactaat, hydrogen peroxide en ascorbinezuur is aangetoond met geïntegreerde microneedle-stroomdraden met koolstofvezels, gemodificeerd koolstof pasta, en platina-beklede polymère micronaaldjes die als transduceren elementen. 3-7,8 Dit microneedle sensor technologie heeft het mogelijk gemaakt een nieuwe en geavanceerde analytische aanpak voor in-situ en gelijktijdige detectie van meerdere analyten. Multiplexing biedt de mogelijkheid controle complex micromilieus, die anders moeilijk te typeren in een snelle en minimaal invasieve wijze. Bijvoorbeeld, deze technologie kan worden gebruikt voor de gelijktijdige controle van de extracellulaire spiegels van, glucose, lactaat en pH, 9, die van belang zijn metabole indicatoren van ziektebeelden 7,10-14 (bijv. kanker proliferatie) en lichaamsbeweging geïnduceerde acidose. 15

In dit artikel wordt de bouw van een multiplex microneedle-gebaseerde sensor. Het apparaat wordt ontwikkeld in situ bemonstering en elektrochemische analyse van meerdere analyten in een snelle en selectief. We zien de klinische geneeskunde en biomedische onderzoek wordt gebruik gemaakt van deze microneedle op basis van sensoren.

Holle microneedle-gebaseerde sensor voor multiplexverzending transdermale Elektrochemische Sensing

De ontwikkeling van een minimaal invasief gemultiplexd monitoringsysteem voor de snelle analyse van biologisch relevante moleculen zou individuen kunnen bieden ...

Het algemene doel van deze procedure is het vervaardigen van een gemultiplexte microneedle-gebaseerde sensor voor transdermale elektrochemische detectie van diverse target-analyten die gelijktijdig kunnen worden gemeten. De eerste stap is het vervaardigen van holle microneedle-arrays middels sacrificiële lithografie en het creëren van holtes voor de elektrode-array met behulp van laser-microbewerking. Bereid vervolgens de individuele koolstofpasta's en vul de holtes van de elektrode-array.Kalibreer vervolgens elke koolstofpasta over een bereik van fysiologisch relevante concentraties. Uiteindelijk wordt er een transdermale in vivo elektrochemisch apparaat gecreëerd dat in staat is om gelijktijdig meerdere analyten te meten in complexe fysiologische micro-omgevingen voor een reeks biomedische toepassingen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden is de mogelijkheid om multiplex-sensoring op een minimaal invasieve wijze uit te voeren.Dit apparaat kan worden ingezet als onderzoeksinstrument om acute medische reacties te meten, inzicht te krijgen in aanpassingen tijdens fysieke inspanning en ziekten te monitoren die de huid beïnvloeden. De implicaties van deze InVivo micronaaldsensor strekken zich uit tot de diagnose van huidtumoren, aangezien tumormicro-omgevingen kunnen dienen als indicatoren voor tumorproliferatie en metastase. Ons doel met dit apparaat is om micronaaldarrays te gebruiken als een minimaal invasief mechanisme om toegang te krijgen tot dermaal interstitieel vocht voor elektrochemische analyse.Begin in de driedimensionale modelleringssoftware SolidWorks en ontwerp een holle micronaalmatrix met een parametrische vorm. Ontwerp vervolgens met de Magic's RP 13-software een ondersteuningsstructuur die dient als basis waarop de micronaalden worden gebouwd. Stuur daarna het fabricageproces aan met de refactory RP-software.Upload zowel de gekoppelde support- als de microneedle-arraybestanden. Selecteer vervolgens het aantal te fabriceren microneedle-arrays en bepaal de plaatsing van de apparaten op de fabricageplaat in het pery rapid prototyping fabricagesysteem. Selecteer de ultraviolette modus op 100 milliwatt en voer de kalibratieprocedure uit.Verifieer of de afwijking in de energie binnen plus of minus twee milliwatt ligt. Zodra de fabricage van de micronaalmatrix voltooid is, verwijdert u de micronaalmatrix van de basisplaat. Ontwikkel deze in isopropanol gedurende 15 minuten.Droog de arrays vervolgens met perslucht om volledige polymerisatie te waarborgen. Laat de micronaalden 50 seconden uitharden bij kamertemperatuur. Onderzoek de micronaalden via lichtmicroscopie.Verifieer dat elke volledig gefabriceerde opening van de micronaald hol en onbelemmerd is. Leg de onderliggende, individueel adresseerbare koperen verbindingsdraden in een platte, flexibele kabel bloot. Maak patronen voor de laserablatie en stuur deze patronen naar het lasersysteem.Plaats nu de kabels in een mal om ze correct uit te lijnen op de plaat voor laserablatie met een rasterbenadering; maak caviteiten met een diameter van 500 micrometer in het isolerende gedeelte van de flexibele kabel. Reinig de aangepaste platte flexibele kabels met een airbrush die aceton spuit bij 40 PSI en spoel vervolgens met isopropanol en gedeïoniseerd water terwijl u een lichtmicroscoop gebruikt.Controleer of er geen isolerende film is achtergebleven over de blootgestelde koperstrips. De volgende stap is het creëren van een houderholte voor de koolstofpasta's met ABL melanox-tape die een enkelzijdige drukgevoelige acrylaatlijm bevat, in het patroon dat eerder voor de elektrodestrips is gebruikt. Plaats de tape nu over de geablateerde elektrodestrips.Druk de tape samen om een goede verbinding te waarborgen. Ablate vervolgens dubbelzijdige Melin X-tape en lijn de tape uit om hechting tussen de micronaalarrays en de koolstofpasten elektrode-arrays mogelijk te maken. Meng 10 milligram glucose-oxidase en 2,2 milligram polyethyleenamine tot een homogene glucosegevoelige koolstofpasta.Voeg vervolgens 60 milligram rhodium-op-koolstofpoeder toe en meng dit met 40 milligram minerale olie. Bewaar de pasta bij vier graden Celsius. Voor de pH-gevoelige koolstofpasta mengt u 30% minerale olie en 70% grafietpoeder. Gebruik een dun stukje plastic als plamuurmes om de pasta in de elektrodeholte aan te drukken totdat er een glad oppervlak is ontstaan.Herhaal dit met een tweede schone weegbootje totdat het overtollige pasta is verwijderd. Was vervolgens met gedeïoniseerd water. Plaats daarna een druppel van 20 µL vers bereide fast blue-oplossing op de gepakte pasta-elektrode.Na een incubatieperiode van 30 minuten wordt de lactaatgevoelige koolstofpasta gespoeld met gedeïoniseerd water. Combineer 2,5 milligram rhodium op koolstofpoeder met 2,5 milligram lactaatoxidase. Wissel vijf minuten sonicatie af met vijf minuten vortexen, voor in totaal vijf rotaties.Vervolgens wordt de pasta in de elektrodeholte aangebracht. Spoel tenslotte na met gedeïoniseerd water om lactaat te detecteren. Meet de chrono- en parametrische respons van de sensor en registreer de stroom na 15 seconden om glucose te detecteren.Meet de chronoamperometrische respons van de sensor om opeenvolgend de kalibratiecurves voor de lactaat- en glucosesensoren op te stellen. Voeg de respectievelijke analyt toe voorafgaand aan de chronoamperometrische metingen. Voer alternatief chronoamperometrische metingen uit bij een vast potentiaal onder roering.Laat tussen elke toevoeging van een analyt voldoende tijd om de stroom te stabiliseren. Om de pH te monitoren, worden cyclische volumetrische scans uitgevoerd en worden de posities van de oxidatieve piekanalytpotentiaalwaarden geregistreerd. Er worden pH-kalibratiecurven opgesteld door de positie van de oxidatieve piekanalytpotentiaal in geregistreerde cyclische voltammetrieën te meten over een reeks bekende pH-waarden. Het proces voor het vervaardigen van een gemultiplexte sensor op basis van micronaaldjes begint met het ontwerpen van de micronaaldenmatrix in SolidWorks, gevolgd door het ontwerpen van de ondersteuningsstructuren in Magic's RP 13.Deze scanning elektronenmicrografieën tonen een micronaaldmatrix en een enkele micronaald binnen deze matrix. Het detectieplatform van de op micronaalden gebaseerde sensor is gemaakt door middel van laserablatie om de elektrodematrices in de platte, flexibele kabel te creëren, waarna deze matrices zijn gevuld met koolstofpasta. De elektrokatalytische reacties voor glucose en lactaat worden gepresenteerd, samen met de operationele parameters voor detectie.Deze typische kalibratie van een lactaatgevoelige pasta met chronometrische scans van 15 seconden laat zien dat elke toename in stroom overeenkomt met een toevoeging van twee millimolaire lactaat. Er wordt gebruikgemaakt van een enkele continue chronometrische scan, terwijl de monitoring van de glucosekalibratie van de sensor wordt uitgevoerd door glucoseconcentraties toe te voegen en de stroom vervolgens te laten stabiliseren. Dit schema toont de elektrokatalytische reacties voor de detectie van zuurgraad; cyclische voltammetrie bij de pH-gevoelige micronaald in 0,1 molar fosfaatbuffer wordt hier getoond voor vier verschillende oplossingen met pH-waarden variërend van vijf tot acht in stappen van één unit.Aangezien de oxidatiepiekpotentiaal verschuift bij toenemende pH-waarden, wordt dit fenomeen gebruikt als indicator voor de pH-waarde. Eenmaal beheerst, kan dit apparaat in twee dagen correct worden gefabriceerd. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te weten dat de verschillende koolstofpasta's hun selectiviteit verliezen als ze met elkaar worden gemengd.Na deze procedure kan er extra selectieve koolstofpasta aan de elektrode-array worden toegevoegd om andere analyten in de huid te monitoren. De ontwikkeling van dit apparaat zou de weg kunnen vrijmaken voor onderzoekers op het gebied van draagbare sensoren om medische diagnoses te stellen en fundamentele biomedische wetenschappelijke vragen te onderzoeken.

hollow-microneedle-based-sensor-for-multiplexed-transdermal

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Source: Vanegas, M. I., et al. Microinjectrode System for Combined Drug Infusion and Electrophysiology. J. Vis. Exp. (2019)This video demonstrates a microelectrode-based microfluidic device that delivers drug solution through a capillary tube, using an oil-based marker solution for precise volume tracking and enabling simultaneous neural recording and drug infusion.

Microfluidic-Based Microinjectrode System for Combined Drug Infusion and Electrophysiology

Hier presenteren we een protocol dat een schimmelvrije fabricageproces beschrijft van de polymere micronaalden door middel van fotolitografie.

Polymere Microneedle Array Fabrication door Fotolithografie

We demonstreren de fabricage, kalibratie en eigenschappen van twee soorten ionen-selectieve micro-elektroden (dubbel-gerand en concentrisch) voor het meten van ionenconcentraties in hersenweefsel. Deze worden vervolgens gebruikt in de muis hippocampale plak voorbereiding om te laten zien dat exciterende activiteit zowel extracellulaire kalium- als natriumconcentraties verandert.

Dubbelloops en concentrische micro-elektroden voor het meten van extracellulaire Ion Signalen in hersenweefsel

We tonen een microfluïdische platform met een geïntegreerde oppervlakte-elektrode netwerk resistieve pulse sensing (RPS) met code division multiple access (CDMA) combineert, om detectie en afmeting van deeltjes in meerdere microkanalen multiplexen.

Microfluïdische Platform met multiplexverzending elektronische detectie voor ruimtelijke Tracking van Deeltjes

Een microfluidic biosensor platform is ontworpen en vervaardigd met behulp van goedkope droge film fotoresist technologie voor snelle en gevoelige kwantificering van verschillende analyten. Deze eenmalig gebruik-systeem zorgt voor de elektrochemische uitlezing van enzyme-linked tests aan-chip-geïmmobiliseerd door middel van de techniek van de stop-flow.

Droge Film elektrochemische Microfluidic Biosensor fotoresist gebaseerde Platform: Apparaat Fabrication, On-chip Assay voorbereiding en werking van het systeem

De fabricage methode voor fijne interdigitated elektroden (gap en breedte: 20 µm) op het puntje van een hypodermische naald (diameter: 720 µm) wordt aangetoond door middel van een spray coating en soepel vlies photomask in het fotolithografie proces.

Fabricage van fijne elektroden op het puntje van een hypodermische naald met behulp van fotoresist Spray Coating en flexibele Photomask voor biomedische toepassingen

Het manuscript presenteert een miniatuur implanteerbare pH-sensor met ASK-gemoduleerde draadloze uitgang samen met een volledig passief ontvangercircuit op basis van zero-bias Schottky-diodes. Deze oplossing kan worden gebruikt als basis bij de ontwikkeling van in vivo gekalibreerde elektrostimulatietherapie-apparaten en voor ambulante pH-monitoring.

Constructie van een draadloos-enabled endoscopisch implanteerbare sensor voor pH-bewaking met Zero-Bias Schottky diode-gebaseerde ontvanger

Hier wordt een methode gepresenteerd om afzonderlijke cellen mechanisch te fenotyperen met behulp van een op elektronica gebaseerd microfluïdisch platform dat mechano-node-pore sensing (mechano-NPS) wordt genoemd. Dit platform handhaaft een gematigde doorvoer van 1-10 cellen / s terwijl het zowel de elastische als viskeuze biofysische eigenschappen van cellen meet.

Mechano-Node-Pore Sensing: een snel, labelvrij platform voor multi-parameter single-cell visco-elastische metingen

Exosomen hebben een aanzienlijk klinisch potentieel, maar hun praktische toepassing is beperkt vanwege de gemakkelijke in vivo klaring en slechte stabiliteit. Micronaalden bieden een oplossing door gelokaliseerde toediening mogelijk te maken door fysiologische barrières en conservering in droge toestand te doorboren, waardoor de beperkingen van exosoomtoediening worden aangepakt en hun klinische bruikbaarheid wordt uitgebreid.

Fabricage en karakterisering van micronaaldpleisters voor het laden en afleveren van exosomen

Het huidige werk heeft als doel als praktische gids te dienen waarmee onderzoekers hun eigen DMP-apparaten kunnen voorbereiden met behulp van de oplosmiddelgietmethode, ook wel micromolding genoemd, en om basiskarakterisering uit te voeren.

Oplossende micronaaldarray-patches vervaardigd met oplosmiddelgiettechniek en essentiële karakterisering van micronaald-gebaseerde biomedische apparaten

Leer de fabricage van een holle microneedle-sensor voor multiplex transdermale elektrochemische detectie van meerdere analyten. Deze methode maakt minimaal invasieve monitoring in complexe fysiologische omgevingen mogelijk.

Holle microneedle-gebaseerde sensor voor multiplexverzending transdermale Elektrochemische Sensing

Meer video's verkennen