Holle microneedle-gebaseerde sensor voor multiplexverzending transdermale Elektrochemische Sensing
1 juni 2012
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.
Het algemene doel van deze procedure is om een gemultiplexte micronaald-gebaseerde sensor te fabriceren voor transdermale elektrochemische detectie van verschillende doelwitten die gelijktijdig kunnen worden gemeten. De eerste stap is om holle micronaaldenarrays te fabriceren met behulp van mysterieuze litografie en elektrode arrayholtes te creëren met behulp van laser microm-bewerking. Bereid vervolgens de individuele koolstofpasta's voor en vul de elektrode arrayholtes.
Vervolgens kalibreer elk van de koolstofpasta's over een reeks fysiologisch relevante concentraties. Uiteindelijk wordt een transdermaal in vivo elektrochemisch apparaat gecreëerd dat in staat is om meerdere analyten in complexe fysiologische micro-omgevingen te meten voor een reeks biomedische toepassingen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van uw bestaande methoden is de mogelijkheid om multiplex-sensing op een minimaal invasieve manier uit te voeren.
Dit apparaat kan worden gebruikt als onderzoeksinstrument om acute medische reacties te meten, begrip te krijgen van aanpassingen tijdens lichaamsbeweging en ziekten te bewaken die de huid aantasten. De implicaties van deze InVivo micronaalsensor strekken zich uit tot de diagnose van huidtumoren omdat tumormicro-omgevingen kunnen dienen als indicatoren van tumorproliferatie en metastase. Ons doel met dit apparaat is om micronaaldenarrays te gebruiken als een minimaal invasieve mechanisme om toegang te krijgen tot dermaal interstitiële vloeistof voor elektrochemische analyse.
Begin in de driedimensionale modelleringssoftware, SolidWorks, en ontwerp een parametaalvormig holle micronaaldenarray. Gebruik vervolgens de Magic's RP 13 software om een ondersteunende structuur te ontwerpen die een basis biedt waarop de micronaalden worden gebouwd. Beheer vervolgens het fabricageproces met behulp van de refactory RP software.
Upload zowel de gekoppelde ondersteuning als de micronaaldenarraybestanden. Selecteer vervolgens het aantal micronaaldenarrays dat moet worden gefabriceerd en bepaal de plaatsing van apparaten op de fabricageplaat in het pery rapid prototyping-fabricagesysteem. Selecteer ultravioletmodus bij 100 milliwatt en voer de kalibratieprocedure uit.
Controleer of de afwijking in de energie binnen plus of min twee milliwatt ligt. Zodra de fabricage van de micronaaldenarray is voltooid, verwijdert u de micronaaldenarray van de basisplaat. Ontwikkel isopropanol gedurende 15 minuten.
Droog vervolgens de arrays met gecomprimeerde lucht om volledige polymerisatie te garanderen. Laat de micronaalden 50 seconden bij kamertemperatuur uitharden. Onderzoek de micronaalden via lichtmicroscopie.
Controleer of elke volledig gefabriceerde micronaaldbuispar hol en onbelemmerd is. Breng de onderliggende individueel adreseeerbare verbindingskoperdraden in een platte, flexibele kabel bloot. Maak patronen voor de laserablatie en stuur deze patronen naar het lasersysteem.
Plaats nu de kabels in een jig om ze correct te lijnen op de laserablatieplaat met een rasing-aanpak, maak 500 micrometer diameter holtes in het isolerende gedeelte van de flexibele kabel. Reinig de gemodificeerde platte flexibele kabels met een airbrush die aceton spuit. Bij 40 PSI spoel dan af met isopropanol en gedeïoniseerd water met behulp van een lichtmicroscoop.
Controleer of er geen isolerende film over de blootgestelde koperen strips blijft. De volgende stap is om een houder te creëren voor de koolstofpasta's ABL melanox tape met een eenzijdig drukgevoelige acrylkleefstof in het patroon dat eerder werd gebruikt voor elektrodestroken. Orienteer nu de tape over de geablateerde elektrodestroken.
Comprimeer de tape om een goede verbinding te garanderen. Vervolgens ablateert u dubbelzijdig melin X-tape en lijnt u de tape uit om binding mogelijk te maken tussen de micronaaldenarrays en de koolstofpasta-elektrodearrays. Meng 10 milligram glucoseoxidase en 2,2 milligram polyethyleenamine tot een homogene glucosegevoelige koolstofpasta.
Voeg vervolgens 60 milligram rodium op koolstofpoeder toe en meng in 40 milligram minerale olie. Bewaar de pasta bij vier graden Celsius voor de pH-gevoelige koolstofpasta Meng 30% mineraal olie en 70% grafietpoeder. Gebruik een dun stuk plastic als troffel om de pasta in de elektrodeholte te stoppen tot een glad oppervlak is bereikt.
Herhaal met een tweede schone weegschaal totdat de overtollige pasta is verwijderd. Was vervolgens met gedeïoniseerd water. Plaats vervolgens een druppel van 20 microliter vers bereide fast blue-oplossing over de gevulde pasta-elektrode.
Na een incubatieperiode van 30 minuten spoelt u met gedeïoniseerd water voor de lactaatgevoelige koolstofpasta. Combineer 2,5 milligram rodium op koolstofpoeder met 2,5 milligram lactaatoxidase. Wissel af tussen vijf minuten soniceren en vijf minuten vortexen gedurende vijf rotaties.
Ga door met het invullen van de pasta in de elektrodeholte. Spoel ten slotte met gedeïoniseerd water om lactaat te detecteren. Meet de chrono- en parametrische respons van de sensor en neem de stroom op na 15 seconden om glucose te detecteren.
Meet de chrono- en rische respons van de sensor om de kalibratiecurven voor lactaat- en glucosesensoren achtereenvolgens te maken. Voeg de respectieve analyt toe vóór chrono- en parametrische metingen. U kunt ook chronometrische en parametrische metingen met vast potentieel uitvoeren tijdens het roeren.
Laat voldoende tijd tussen elke analyttoevoeging voor stroomstabilisatie. Om de pH te controleren, voert u cyclische volumetrische scans uit en noteert u de posities van de oxidatieve piekpotentiaalwaarden. Maak pH-kalibratiecurven door de positie van de oxidatieve piekpotentiaal te meten in opgenomen cyclische voltogrammen over een reeks bekende pH-waarden. Het proces van het construeren van een gemultiplexte micronaalsensor begint met het ontwerpen van de micronaaldenarray in SolidWorks en vervolgens het ontwerpen van de ondersteunende structuren in magic's RP 13.
Deze scanning electronen micrografieën tonen een micronaaldenarray en een enkele micronaald binnen deze array. Het detectieplatform van de micronaalsensor wordt gecreëerd door laserablatie te gebruiken om de elektrodearrays in de platte, flexibele kabel te maken en deze arrays vervolgens te vullen met koolstofpasta
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel beschrijft de fabricage van een multiplexed micronaald-gebaseerde sensor die is ontworpen voor transdermale elektrochemische detectie van meerdere analyten. Het apparaat heeft als doel snelle en selectieve in situ-bemonstering mogelijk te maken voor verschillende biomedische toepassingen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Biomedische techniek
- Elektrochemie
- Sensortechnologie
Achtergrond
- Micronaaldtechnologie maakt minimaal invasieve bemonstering mogelijk.
- Elektrochemische detectie is cruciaal voor real-time monitoring van fysiologische omstandigheden.
- Bestaande methoden hebben vaak niet de mogelijkheid om multiplex-sensing effectief uit te voeren.
- Deze studie richt zich op de behoefte aan gelijktijdige meting van meerdere analyten.
Doel van studie
- Om een sensor te ontwikkelen die in staat is om verschillende doel-lyten gelijktijdig te detecteren.
- Om de capaciteiten van transdermale sensoren in klinische en onderzoeksomgevingen te verbeteren.
- Om een platform te bieden voor in vivo elektrochemische analyse.
Gebruikte methoden
- Fabricage van holle micronaald-arrays met behulp van mysterieuze litografie.
- Creatie van elektrode-arrayholtes door middel van lasermicromachining.
- Preparatie en vulling van individuele koolstofpasta's in de holtes.
- Calibratie van koolstofpasta's over fysiologisch relevante concentratiebereiken.
Belangrijkste resultaten
- Een transdermale elektrochemische apparaat werd succesvol gemaakt.
- Het apparaat kan meerdere analyten meten in complexe fysiologische omgevingen.
- Voordelen aangetoond ten opzichte van bestaande methoden in termen van multiplex-sensing.
- Mogelijke toepassingen in klinische geneeskunde en biomedisch onderzoek werden geïdentificeerd.
Conclusies
- De ontwikkelde sensor vertegenwoordigt een significante vooruitgang in minimaal invasieve diagnostiek.
- Toekomstige studies kunnen verdere toepassingen in verschillende biomedische velden verkennen.
- Deze technologie kan de patiëntbewaking en behandelingsresultaten verbeteren.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Multiplexed hollow microneedle-based sensors enable minimally invasive, real-time monitoring of multiple metabolic analytes directly from interstitial fluid. This technology addresses the need for rapid, quantitative, and selective assessment of complex physiological states, supporting translational research and early-stage biomarker discovery. Its integration into discovery and preclinical workflows enhances predictive confidence and de-risks biological hypotheses in disease-relevant systems.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct, in situ measurement of metabolic markers for functional target validation.
- Supports mechanistic de-risking by quantifying analyte changes in response to interventions.
- Facilitates rapid hypothesis testing in disease-relevant microenvironments.
Screening & Assay Development
- Provides validated, multiplexed readouts for assay standardization and reproducibility.
- Delivers quantitative outputs for reliable compound evaluation in screening campaigns.
- Supports scalable platform development for high-throughput phenotypic screening.
Translational & Preclinical Research
- Enables monitoring of metabolic biomarkers aligned with disease progression and therapeutic response.
- Bridges discovery and preclinical validation by supporting longitudinal, minimally invasive sampling.
- Improves risk-adjusted advancement decisions through real-time physiological data.
Pipeline & Workflow Integration
This multiplexed sensor platform fits from early discovery through preclinical research, enabling continuous biomarker assessment and mechanistic insight across the R&D continuum.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification via direct analyte measurement.
- Screening: Provides reproducible, quantitative outputs for assay development and compound triage.
- Analytics: Enables statistical comparison of metabolic responses across experimental conditions.
- Translational Research: Aligns with biomarker-driven preclinical models for disease relevance.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable platform adaptable to additional analytes and disease models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in target validation.
- Operational Value: Standardizes minimally invasive, multiplexed sampling for reproducible workflows.
- Strategic Value: Enables better go/no-go decisions and capital efficiency by providing rapid, quantitative data.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of discovery programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfabrication, electrochemistry, and sensor calibration.
- Needs access to 3D modeling, laser micromachining, and analytical instrumentation.
- Demands rigorous cross-team standardization for reproducibility and data integrity.
- Adaptable to various model systems by modifying electrode chemistries for new analytes.
- Maintains selectivity only if carbon pastes are not cross-contaminated during fabrication.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:32
Microneedle Fabrication
2:49
Fabrication of Carbon Paste Electrode Arrays
3:58
Synthesis of Functional Carbon Pastes and Packing of Electrode Cavities
5:12
Detection and Sensor Calibration
6:08
Results: A Novel Transdermal Device for Electrochemical Monitoring
7:40
Conclusion
