Holle microneedle-gebaseerde sensor voor multiplexverzending transdermale Elektrochemische Sensing

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.