Name: Fabricage en karakterisering van een Conformal Skin-achtige Electronic System for Quantitative, Cutane Wound Management (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-09-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 50 s
Description: Leer de fabricage van een huidachtig elektronisch systeem voor kwantitatief wondbeheer. Dit apparaat monitort temperatuur en thermische geleidbaarheid in real-time bij patiënten.

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

playerTrialDesktop

Dit werk werd ondersteund door het opstarten van de financiering van de School of Engineering, Virginia Commonwealth University en een aantal van elektronische apparaten werden bereid bij de microfabrication faciliteiten in de Wright Virginia Microelectronics Center. Wij erkennen onderzoekers die bijdragen voor het apparaat en de klinische gegevens (figuren 3 en 5 in dit document), overgenomen van de gepubliceerde artikel 10 gemaakt. W.-HY dankzij Yoshiaki Hattori voor de op maat gemaakte, gegevensregistratie software.

De experimenten voor toestel fabricage, huid lamineren en karakterisering getoond in figuren 1, 2 en 4 betrof twee vrijwilligers, allemaal uitgevoerd in de Bio-gekoppelde nanoengineering Laboratory Virginia Commonwealth University (VCU), Richmond, VA, USA. Deze studie werd goedgekeurd door de VCU Institutional Review Board (protocol nummer: HM20001454) en volgde de richtlijnen van de VCU Human Research onderzoek. Het apparaat en de klinische gegevens getoond in figuren 3 en 5 werden overgenomen van de gepubliceerde artikel 10, waar de experimenten op patiënten die werden uitgevoerd in het kader van het protocol (nummer: STU69718) door de Institutional Review Board, Northwestern University, Chicago, IL, Verenigde Staten goedgekeurd. 1. Device Fabrication OPMERKING: Figuur 2 geeft schematische illustraties voor het algehele fabricageproces. <ol><li> Bereid een dragersubstraat<ol><li> Snijd een kale 3 in silicium (Si) wafer in de gewenste grootte van de elektronica met behulp van een diamantzaag. OPMERKING: Ongeveer de helft Si wafer geeft een ideale grootte voor de wond apparaat. </li><li> Ontvet Si wafer met aceton en isopropylalcohol (IPA). Spoel de wafer met gedeïoniseerd (DI) water en vervolgens drogen met stikstof en uitdrogen op een verwarmingsplaat bij 110 ° C gedurende 3 min. </li><li> Bereid 11 g polydimethylsiloxaan (PDMS) mengsel met 10: 1 volumeverhouding basis en verharder en ontgas het mengsel in een vacuümkamer gedurende een uur. OPMERKING: PDMS wordt gebruikt voor een droge patroon ophalen en overdragen afdrukken na de microfabricage, die de voorkeur de natte chemische (aceton) gebaseerde benadering van het vorige onderzoek 7. </li><li> Spin coat 5 g gemengde PDMS oplossing op de wafer bij 3000 rpm gedurende 1 min en volledig zetten op een verwarmingsplaat bij 150 ° C gedurende 30 min. </li></ol></li><li> Storting materialen en patroon elektronica <ol><li> Behandel de PDMS-coated wafer met ultraviolet (UV) / ozon met behulp van een UV-lamp (8,9 mW / cm2) gedurende 3 min het oppervlak hydrofiel te maken. Opmerking: De hydrofiel oppervlak heeft uniforme bekleding van extra lagen op het PDMS. </li><li> Spincoat polyimide (PI; 2 ml) aan het PDMS gecoate wafer, door pipetteren, bij 4000 rpm gedurende 1 min een 1,2 urn dikke laag, pre-bake op een kookplaat te vormen bij 150 ° C gedurende 5 min, en post- bakken bij 250 ° C gedurende 2 uur. </li><li> Borg chroom (Cr) een 20 nm dikke laag te vormen en vervolgens deponeren van koper (Cu) een 3 urn dikke laag met electron-beam (e-beam) verdamping vormen (basisdruk: ~ 1 x 10 -7 Torr , depositie druk: ~ 1 × 10 -6 Torr, depositie tarief: 1-5 a / s). Controleer de dikte van de afzetting controller interface ingebed in de verdamper film. Opmerking: De dikke laag Cu levert voldoende niveaus van de elektrische geleidbaarheid op microschaal weerstanden van de inrichting en de dunne laag Crwordt gebruikt om de hechting tussen PI en Cu bevorderen. </li><li> Spincoat een fotoresist (2 ml) met drie treden bij 900 rpm gedurende 10 sec, 1100 rpm gedurende 60 seconden en 4000 rpm gedurende 20 seconden en genezen vervolgens op een kookplaat bij 75 ° C gedurende 30 min. Opmerking: De sequentiële stappen die hierboven beschreven werden gebruikt om een ​​dikke (&gt; 10 pm) fotoresist storten. </li><li> Lijn Cu elektronische patronen (sensoren, fractal &quot;Peano &#39;ontwerp met 35 urn breed en interconnects; serpentine openmazige ontwerp met 50 urn breed) in het midden van de Si wafel met behulp van een UV aligner (vermogen: 10 mW / sec) met belichtingstijd 25 s. Opmerking: De fractale structuren worden gebruikt om hoge mechanische rekbaarheid, vergeleken met slechts 14 meanderende functies. </li><li> Ontwikkelen van de fotolak in een verdunde base ontwikkelaar (1: 2 verhouding van ontwikkelaar en DI-water) voor een minuut, spoelen met DI-water, en droog met stikstof. Inspecteer de patronen (Cu fractals en interconnects) met een micro-ruimte om de functie grootte te bevestigen en vinden eventuele gebreken van deeltjes. OPMERKING: Als er sprake is van ongewenste gebreken, verwijder dan fotolak door spoelen met aceton / IPA / DI-water. Na het drogen met stikstof, herhaalt u de stappen van 1.2.4 naar 1.2.6. </li><li> Etsen Cu laag op het Si-wafer door onderdompeling in een nat chemisch etsmiddel ~ 6 min (10 ml, mengsel van ammoniumpersulfaat en water in verhouding van 1: 4, etssnelheid van 8 nm / sec bij 40 ° C), spoeling met DI-water, en droog met stikstof. Inspecteer de patronen met behulp van een microscoop voor een over-geëtst patronen. OPMERKING: Als de patronen zijn over-geëtst, kan het ongewenste scherpe randen van de functies, die aan mechanische breuk kan leiden tijdens apparaat hanteren en wassen proces veroorzaken. De voorafgaande resultaten tests toonden aan dat meer dan ~ 20% over-etsen van de originele patronen veroorzaakt de bovengenoemde problemen. </li><li> Etsen van de Cr-laag met reactieve ionen etsen (RIE; druk: 300 mTorr, vermogen: 200 W, CF 4 gas: 5 sccm, O 2 gas: 10 SCCM) gedurende 5 minuten. Controleer de patronen. OPMERKING: Bij het etsen van de Cr-laag, het RIE-proces te verkiezen chemisch etsen ongunstige reactie met de Cu laag veroorzaakt bevochtigen. </li><li> Verwijder de resterende fotolak op het metaal lagen door onderdompeling van de wafer in aceton (10 ml), IPA (10 ml) en DI water (20 ml), respectievelijk. Vervolgens drogen met stikstof. </li><li> Spincoat PI (2 ml) op de metalen neergeslagen wafer, door pipetteren, bij 4000 rpm gedurende 1 min een 1,2 urn dikke laag, pre-bakken op een verwarmingsplaat bij 150 ° C zijn gedurende 5 minuten, en na afbakken op 250 ° C gedurende 2 uur. </li><li> Spincoat een fotoresist (2 ml) met drie treden bij 900 rpm gedurende 10 sec, 1100 rpm gedurende 60 seconden en 4000 rpm gedurende 20 seconden en genezen vervolgens op een kookplaat bij 75 ° C gedurende 30 min. </li><li> Lijn PI patronen om de Cu elektronica kapselen (sensoren; fractal &#39;Peano&#39; ontwerp met 35 micrometer in de breedte en interconnects, serpentine openmazige design met 250urn breed) met de vooraf gedefinieerde Cu fractals en verbindingen met een UV-aligner (vermogen: 10 mW / sec) met belichtingstijd 25 sec. </li><li> Ontwikkelen van de fotolak met een verdunde ontwikkelaar (1: 2 verhouding van ontwikkelaar en DI-water) voor een minuut, spoelen met DI-water, en droog met stikstof. Inspecteer de patronen met behulp van een microscoop om de functie grootte te bevestigen en vinden eventuele gebreken van deeltjes. OPMERKING: Als er sprake is van ongewenste gebreken, verwijder dan fotolak door spoelen met aceton / IPA / DI-water. Na het drogen met stikstof, herhaalt u de stappen van 1.2.10 naar 1.2.13. </li><li> Etsen de PI-laag met RIE (druk: 170 mTorr, vermogen: 150 W, O 2 gas: 20 SCCM) gedurende 25 min. Controleer de patronen. </li><li> Verwijder de resterende fotoresist door onderdompeling van de wafer in aceton (10 ml), IPA (10 ml) en DI water (20 ml), respectievelijk. Vervolgens drogen met stikstof. </li></ol></li><li> Bereid een elastomeren membraan <ol><li> Bereid een 10 g inkapselen silicone mengsel (1:1 volumeverhouding basis en verharder) en voeg een zwarte inkt 15 met 1 tot 1 volume ratio, namelijk controlemetingen van temperatuurvariatie op de huid met behulp van een infraroodcamera vergemakkelijken. OPMERKING: De gebruikte siliconen (duidelijke omhullende rubber) biedt unieke kenmerken van lage viscositeit, optische helderheid, en elektrische isolatie / bescherming aan het apparaat 16. </li><li> Spincoat 8 g van het mengsel in een petrischaal bij 150 rpm gedurende 1 minuut tot een 500 urn dikke elastomeren membraan en uitharding bij kamertemperatuur vormen voor O / N. OPMERKING: Het materiaal dient op een vlakke ondergrond uniforme dikte worden geplaatst. </li><li> Snijd het membraan in de gewenste grootte van 70 mm x 30 mm met een scherp scheermesje en voorzichtig los uit de petrischaal. </li></ol></li><li> Te halen en over te dragen elektronica <ol><li> Snijd een in water oplosbare tape (25 mm x 80 mm) en voorzichtig te lamineren op de gefabriceerde elektronische patronen en leg ze op een kookplaat bij 130 ° Cgedurende 3 min. OPMERKING: temperatuurverhoging breidt de PDMS laag op de Si wafel dissociatie van de elektronische patronen van het oppervlak helpen. </li><li> Maak de band snel uit het PDMS / Si wafer met de elektronische patronen op te halen. </li><li> Storten een 20 nm dikke Cr (adhesie) gevolgd door een 50 nm dikke siliciumdioxide (SiO 2) on opgehaald patronen van e-verdamping. </li><li> Behandel UV / ozon via UV-lamp (365 nm, 8,9 mW / cm2) over de gerichte silicone membraan gedurende 2 min aan het oppervlak te activeren. </li><li> Breng de patronen om de siliconen membraan door het plaatsen van de opgehaalde patronen op de band naar de gewenste locatie en gelijkmatig toevoegen druk van bovenzijde van de patronen naar het substraat. Gelden water om de band te ontbinden gedurende 5 minuten. Opmerking: De beschreven werkwijze van materialen overdracht vergemakkelijkt door covalente binding (Si-O-Si) tussen de neergeslagen siliciumdioxide en UV geactiveerde siliconen substraat 17 </sup&gt;. </li><li> Verwijder de band, spoelen met gedeïoniseerd water en drogen op een verwarmingsplaat bij 90 ° C gedurende 1 min. </li></ol></li><li> Kapselen het apparaat met behulp van een silicone membraan <ol><li> Bereid een 10 g inkapselen silicone mengsel (1: 1 volumeverhouding basis en verharder). </li><li> Bedek de kabel contact pads met een rechthoekig stuk PDMS (22 × 6 × 1 mm 3) door Van der Waals binding met de onderste silicone membraan, om te voorkomen dat siliconen coating van de pads. </li><li> Spincoat de 5 gram silicone mengsel bij 4000 rpm gedurende 1 minuut tot een 5 urn dikke laag op de overgedragen elektronische vorm en vervolgens uitharden bij kamertemperatuur O / N. </li></ol></li><li> Sluit een flexibele platte kabel voor data-acquisitie <ol><li> Breng vloeibaar staal flux (0,5 ml), door pipetteren op de connector pads voor 3 seconden te reinigen oppervlak te maken. </li><li> Bond een dunne, flexibele bandkabel op de contactpunten met druk bij hoge temperatuur (&gt; 60 ° C). Een typisch haar straightener biedt eenvoudige bediening en binding. Opmerking: De micro-film kabel voorkeur de gebruikelijke draadgebonden solderen aan mechanische breuk van de overgedragen metaalmembranen een silicone voorkomen. </li><li> Controleer de elektrische aansluiting met behulp van een digitale multimeter. De weerstandswaarde wordt verwacht minder dan 1 Ohm tussen de sensor pad met één uiteinde en het andere uiteinde van de kabel film (afstand: ~ 1 cm uit elkaar). </li><li> Bond het andere uiteinde van de lintkabel om een ​​aangepaste printplaat met dezelfde strategie in stap 1.6.2. </li><li> Controleer de elektrische aansluiting met behulp van een digitale multimeter. </li><li> Sluit het apparaat met de data-acquisitie hardware door solderen conventionele draden op PCB. </li></ol></li></ol> 2. Klinisch onderzoek <ol><li> Reinig het apparaat met een desinfecterende oplossing <ol><li> Bereid 205 g van een verdunde desinfecterende oplossing (40: 1 volumeverhouding water en oplossing). </li><li> Spuit deoplossing (10 g) op het apparaat en laat deze gedurende 10 min. OPMERKING: De verdunde desinfecterende reiniger kan bij kamertemperatuur worden bewaard. </li><li> Spoelen met water drie keer en droog het met een schone weefsels. </li></ol></li><li> Het opzetten van een reeks van apparatuur voor het testen van het apparaat <ol><li> Bereiden en sluit een lock-in versterker met een stroombron, een multiplexer, en de aangepaste software op een laptop computer voor gegevensregistratie geïnstalleerd. </li><li> Plaats een infrarood camera op een statief en de focus op een doel object voor thermografie als referentie. </li><li> Opgezet systeem parameters van een lock-in versterker thermische geleidbaarheid te meten (frequentie: 1 &amp; 3 Hz; tijd constant: 3 en 1 sec; gevoeligheid: 1 mV; dynamische reserve: hoge reserve) en de temperatuur (frequentie: 997 Hz; tijd constante: 300 msec; gevoeligheid: 2 mV, dynamische reserve: lage ruis) met de toegepaste constante stroom (2 mA). </li><li> Sluit twee wond apparaten, opgesteld door microfabricage en transfer printen en gemonteerd op de wond encontralaterale plaatsen, de multiplexer vlak voor het opnemen van gegevens van een patiënt. </li></ol></li><li> Neem temperatuur en thermische geleidbaarheid NB: De data acquisitie software wordt op maat gemaakt, die op afstand kan de controle van de lock-in versterker voor real-time data monitoring en opslaan. In de temperatuurmeting wordt elk meetpunt gemeten elke 300 msec voor 20 sec. De verzameling van gegevens voor de eerste 10 seconden en daarna 10 seconden wordt gebruikt om de gemiddelde temperatuurwaarde en standaarddeviatie te berekenen resp. De geregistreerde gegevens worden vervolgens opgeslagen als een door komma&#39;s gescheiden waarden bestand dat wordt gebruikt om een ​​grafiek uit te vergelijken met de gegevens van infrarood thermografie. Bij het meten van de thermische geleidbaarheid, wordt de 3Ω signalen rechtstreeks op de hardware scherm (versterker), die vervolgens wordt gebruikt om de thermische geleidbaarheid analytisch te berekenen. <ol><li> Wrijf de applicator sites op de huid met behulp van antiseptische alcohol doekjes 10. </li><li> 2.3.2) Laminaat twee apparaten op de gewenste locaties huid door zachtjes op de inrichting op de huid met vingers om de zachte binding bevorderen: een op de chirurgische wond en de andere op de contralaterale locatie als referentie. </li><li> Meet de elektrische spanning (3Ω) met betrekking tot thermische geleiding van de inrichting door het starten van de data-acquisitie. </li><li> Evalueer de verkregen data naar de conform contact van de inrichting aan de huid te controleren; abnormale waarde (&lt;0,1 W / mK) toont slecht contact van de inrichting. </li><li> Meet de elektrische weerstand van de temperatuur distributie en opnemen van gegevens vast te stellen door middel van de aangepaste software. </li><li> Neem optische en infrarood beelden van de twee apparaten op de huid. </li><li> Vergelijk temperatuurwaarden van de IR beelden met de opgenomen uit de wond inrichting (2.3.5) data. Voeg beide waarden aan kolommen in een aangepaste spreadsheet scheiden. </li></ol></li><li> Analyseer de opgenomen data <ol><li> De geregistreerde gegevens om de exportaangepaste sjabloon automatisch berekend temperatuur en thermische geleidbaarheid van een array van sensoren in de inrichting. </li><li> Plot de gegevens (temperatuur en thermische geleidbaarheid volgens de sensorlocatie een andere tijdschaal) ter vergelijking in de loop van een maand (vier reeksen gegevens op dag 1, 3, 15 en 30). </li><li> Analyseer de gegevens door het vergelijken van een reeks temperaturen en thermische geleidbaarheid gegevens naar tijd; Waarden met een plotselinge verhoging of drop vertellen de verandering van wondgenezing fase en / of onverwachte afwijking op wond sites. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Dargaville, T. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensors+and+imaging+for+wound+healing%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Sensors and imaging for wound healing: A review.</a> Biosens Bioelectron. 41, 30-42 (2013).</li>
<li>Panuncialman, J., Hammerman, S., Carson, P., Falanga, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wound+edge+biopsy+sites+in+chronic+wounds+heal+rapidly+and+do+not+result+in+delayed+wound+healing%5BTitle%5D)+AND+%22J+Invest+Dermatol%22%5BJournal%5D)">Wound edge biopsy sites in chronic wounds heal rapidly and do not result in delayed wound healing.</a> J Invest Dermatol. 129, S47-S47 (2009).</li>
<li>Hess, C. T., Kirsner, R. S. Orchestrating Wound Healing: Assessing and Preparing the Wound Bed. Adv Skin Wound Care. 16 (5), 246-257 (2003).</li>
<li>Lange-Asschenfeldt, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applicability+of+confocal+laser+scanning+microscopy+for+evaluation+and+monitoring+of+cutaneous+wound+healing%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Applicability of confocal laser scanning microscopy for evaluation and monitoring of cutaneous wound healing.</a> J Biomed Opt. 17 (7), (2012).</li>
<li>Crane, N. J., Elster, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vibrational+spectroscopy%3A+a+tool+being+developed+for+the+noninvasive+monitoring+of+wound+healing%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Vibrational spectroscopy: a tool being developed for the noninvasive monitoring of wound healing.</a> J Biomed Opt. 17 (7), (2012).</li>
<li>Jeong, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Materials+and+Optimized+Designs+for+Human-Machine+Interfaces+Via+Epidermal+Electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Materials and Optimized Designs for Human-Machine Interfaces Via Epidermal Electronics.</a> Adv Mater. 25 (47), 6839-6846 (2013).</li>
<li>Kim, D. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epidermal+Electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Epidermal Electronics.</a> Science. 333 (6044), 838-843 (2011).</li>
<li>Webb, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrathin+conformal+devices+for+precise+and+continuous+thermal+characterization+of+human+skin+%28vol+12%2C+pg+938%29%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Mater%22%5BJournal%5D)">Ultrathin conformal devices for precise and continuous thermal characterization of human skin (vol 12, pg 938).</a> Nat Mater. 12, 1078-1078 (2013).</li>
<li>Yeo, W. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multifunctional+Epidermal+Electronics+Printed+Directly+Onto+the+Skin%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Multifunctional Epidermal Electronics Printed Directly Onto the Skin.</a> Adv Mater. 25 (20), 2773-2778 (2013).</li>
<li>Hattori, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multifunctional+skin-like+electronics+for+quantitative%2C+clinical+monitoring+of+cutaneous+wound+healing%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Healthc+Mater%22%5BJournal%5D)">Multifunctional skin-like electronics for quantitative, clinical monitoring of cutaneous wound healing.</a> Adv Healthc Mater. 3 (10), 1597-1607 (2014).</li>
<li>Guo, S., DiPietro, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Factors+Affecting+Wound+Healing%5BTitle%5D)+AND+%22J+Dent+Res%22%5BJournal%5D)">Factors Affecting Wound Healing.</a> J Dent Res. 89 (3), 219-229 (2010).</li>
<li>Matzeu, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Skin+temperature+monitoring+by+a+wireless+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22Ieee+Ind+Elec%22%5BJournal%5D)">Skin temperature monitoring by a wireless sensor.</a> Ieee Ind Elec. , 3533-3535 (2011).</li>
<li>Cahill, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal-Conductivity+Measurement+from+30-K+to+750-K+-+the+3-Omega+Method%5BTitle%5D)+AND+%22Rev+Sci+Instrum%22%5BJournal%5D)">Thermal-Conductivity Measurement from 30-K to 750-K - the 3-Omega Method.</a> Rev Sci Instrum. 61 (2), 802-808 (1990).</li>
<li>Fan, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fractal+Design+Concepts+for+Stretchable+Electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Commun%22%5BJournal%5D)">Fractal Design Concepts for Stretchable Electronics.</a> Nature Commun. 5 (3266), (2013).</li>
<li>Song, Y. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+cameras+with+designs+inspired+by+the+arthropod+eye%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye.</a> Nature. 497 (7447), 95-99 (2013).</li>
<li>Jeong, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Capacitive+Epidermal+Electronics+for+Electrically+Safe%2C+Long-Term+Electrophysiological+Measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Healthc+Mater%22%5BJournal%5D)">Capacitive Epidermal Electronics for Electrically Safe, Long-Term Electrophysiological Measurements.</a> Adv Healthc Mater. 3 (5), 642-648 (2013).</li>
<li>Zhang, Y. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+and+Theoretical+Studies+of+Serpentine+Microstructures+Bonded+To+Prestrained+Elastomers+for+Stretchable+Electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Funct+Mater%22%5BJournal%5D)">Experimental and Theoretical Studies of Serpentine Microstructures Bonded To Prestrained Elastomers for Stretchable Electronics.</a> Adv Funct Mater. 24 (14), 2028-2037 (2014).</li>
<li>Carlson, A., Bowen, A. M., Huang, Y. G., Nuzzo, R. G., Rogers, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transfer+Printing+Techniques+for+Materials+Assembly+and+Micro%2FNanodevice+Fabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Transfer Printing Techniques for Materials Assembly and Micro/Nanodevice Fabrication.</a> Adv Mater. 24 (39), 5284-5318 (2012).</li>
<li>Yeo, W. H., Webb, R. C., Lee, W., Jung, S., Rogers, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bio-integrated+electronics+and+sensor+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Spie%22%5BJournal%5D)">Bio-integrated electronics and sensor systems.</a> Proc Spie. 8725, (2013).</li>
<li>Chung, H. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+Releasable+Single-Crystal+Silicon%E2%80%93Metal+Oxide+Field-Effect+Devices+and+Their+Deterministic+Assembly+on+Foreign+Substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Funct+Mater%22%5BJournal%5D)">Fabrication of Releasable Single-Crystal Silicon–Metal Oxide Field-Effect Devices and Their Deterministic Assembly on Foreign Substrates.</a> Adv Funct Mater. 21 (16), 3029-3036 (2011).</li>
<li>Kim, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unusual+strategies+for+using+indium+gallium+nitride+grown+on+silicon+%28111%29+for+solid-state+lighting%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Unusual strategies for using indium gallium nitride grown on silicon (111) for solid-state lighting.</a> Proc Natl Acad Sci U.S.A. 108 (25), 10072-10077 (2011).</li>
<li>Padilla-Medina, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+technique+for+acne+treatments+based+on+statistical+parameters+of+skin+thermal+images%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Assessment technique for acne treatments based on statistical parameters of skin thermal images.</a> J Biomed Opt. 19 (4), 046019-046019 (2014).</li>
</ol>

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.

Dit artikel belicht de methoden en protocollen om een conform, huidachtig elektronicasysteem te fabriceren dat conform lamineren nabij de wondweefsels mogelijk maakt, wat een kwantitatieve meting van huidtemperatuur en thermische geleidbaarheidskartering op de huid biedt. 
De belangrijkste kenmerken omvatten de gebruikmaking van nieuwe technieken voor materiaaltransfer en integratie van hard-soft materialen om het flexibele/rekbare, zachte elektronische apparaat te ontwerpen en ontwikkelen. He...

In klinisch onderzoek en biomedisch onderzoek, is bewaking van wondgenezing gericht op een invasieve methode die is gebaseerd op de histologische evaluatie weefsel morfologische verandering wonden 1,2. Onlangs, de snelle ontwikkelingen in de elektronische technologieën maken voor de ontwikkeling van hoge precisie beeldvorming en analyse-instrumenten die visueel kan inspecteren het wondgenezingsproces via digitale imaging 3,4 of confocale scanning microscopie en spectroscopie van 4,5. Echter, deze imaging aanpak vereisen dure en gecompliceerde optische instrumenten en operaties, en nog belangrijker, moeten patiënten tijdens het testen te immobiliseren. Derhalve bestaat er een behoefte aan nieuwe apparaten en systemen die kwantitatief, niet-invasief, gemakkelijk te gebruiken, goedkoop en multifunctionele nauwkeuriger wondbehandelingen aanbieden zijn. Hier introduceren we een huid-achtige elektronische systeem dat nauwkeurige, real-time in kaart brengen van de temperatuur en thermische condu biedtctivity en levert een precieze niveau van verwarming bij wondplaatsen via conforme lamineren van het apparaat niet-invasief. Deze inrichting bevat een klasse van technologie, huid epidermale gemonteerde elektronische systemen die zijn ontworpen om te passen mechanische en materiaaleigenschappen (totale dikte, buigstijfheid, effectief moduli en massadichtheid) van de epidermis 6-9. Het apparaat is ontworpen in een biocompatibele, huidvriendelijke, water-proof, en herbruikbare vorm die kan worden gewassen en gedesinfecteerd voor klinische toepassingen bij patiënten 10. De conforme elektronische inrichting aangebracht nabij het ​​wondweefsel vangt de ontsteking fase (één van wondgenezing), veroorzaakt door verhoogde bloedtoevoer en enzymatische reacties op de wond 11,12 door kwantitatieve registratie van temperatuur 8 en thermische geleiding 13, gecorreleerd aan hydratatie . Experimentele en computationele studies te bepalen een optimale mechanica ontwerp accommaten natuurlijke bewegingen en toegepaste stammen zonder mechanische breuk en vastleggen van de onderliggende fysica van het uitrekken van de mechanica van de huid-achtige elektronica die conformally laminaten op de huid oppervlak, dat de verwerving van high fidelity signalen biedt. De in dit artikel beschreven protocollen presenteren de methoden van microfabrication voor huid-achtige elektronische systemen, het testen van de voorbereiding met inbegrip apparaat schoonmaken, installeren van apparatuur in een klinische setting en klinische toepassingen voor de kwantitatieve controle van de temperatuur en thermische geleidbaarheid op cutane wonden.

<table><tbody><tr><td>3" Silicon wafer</td><td>University Wafer, USA</td><td></td><td>Gebruik als drager om het apparaat te fabriceren</td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Fisher Scientific, USA</td><td>A18-1</td><td>Gebruik om een wafer te reinigen en om fotoresist te verwijderen</td></tr><tr><td>Isopropanol (IPA)</td><td>Fisher Scientific, USA</td><td>A459-1</td><td>Gebruik om een wafer te reinigen</td></tr><tr><td>AZ4620 fotoresist</td><td>AZ Electrionic Materials, USA</td><td></td><td>Gebruik om patronen op metalen en polymeren te maken</td></tr><tr><td>AZ400K ontwikkelaar</td><td>AZ Electrionic Materials, USA</td><td></td><td>Gebruik om AZ4620 fotoresist te ontwikkelen</td></tr><tr><td>Chroom etsmiddel</td><td>Transene, USA</td><td>1020AC</td><td>Gebruik om Cr-laag van apparaat te etsen</td></tr><tr><td>Koper etsmiddel</td><td>Transene, USA</td><td>ASP-100</td><td>Gebruik om Cu-laag van apparaat te etsen</td></tr><tr><td>Sylgard 184 Siliconen Elastomer Kit (PDMS)</td><td>Dow Corning, USA</td><td>39100000</td><td>Gebruik als substraat voor 'droge' opname</td></tr><tr><td>PI2545 polyimide</td><td>HD MicroSystem, USA</td><td></td><td>Gebruik om metaallaag te inkapselen</td></tr><tr><td>Solaris</td><td>Smooth-On, USA</td><td></td><td>Gebruik als substraat en om apparaat te inkapselen</td></tr><tr><td>Petrischaal</td><td>Carolina, USA</td><td>741255</td><td>Gebruik als mal om substraat te maken</td></tr><tr><td>Wateroplosbare Wave Solder Tape 5414</td><td>3M, USA</td><td>AM000000217</td><td>Gebruik om apparaat uit PDMS-laag te halen</td></tr><tr><td>Hoge activiteit vloeibare roestvrijstalen flux</td><td>Worthington, USA</td><td>331929</td><td>Gebruik om oxidatielaag op Cu te verwijderen</td></tr><tr><td>Flexibele, microfilm kabel</td><td>Elform, USA</td><td></td><td>Gebruik om elektrische verbinding te maken tussen het elektronische apparaat en het data-acquisitiesysteem</td></tr><tr><td>pH-neutraal reinigingsmiddel</td><td>Australian Gold, USA</td><td></td><td>Gebruik als desinfectieoplossing om apparaat te reinigen in klinische tests</td></tr><tr><td>Soldeer</td><td>Kester, USA</td><td>24-6337-9703</td><td>Gebruik als materiaal om harde draden te solderen</td></tr><tr><td>Ultraviolette lamp</td><td>Cole-Parmer, USA</td><td>97600-00</td><td>Gebruik om PDMS-laag te activeren als hydrofiele oppervlakte</td></tr><tr><td>Multiplexer</td><td>FixYourBoard, USA</td><td>U802</td><td>Gebruik om metingen van zes sensorcomponenten te verkrijgen&nbsp;</td></tr><tr><td>DC/AC stroombron</td><td>Keithley, USA</td><td>6221</td><td>Gebruik om stroom te leveren</td></tr><tr><td>SMD Digital Hot Air Rework Station</td><td>Aoyue, China</td><td>968A+</td><td>Gebruik om harde draden te solderen, om elektrische verbinding te maken tussen het apparaat en externe instrumenten</td></tr><tr><td>Infraroodcamera</td><td>FLIR, USA</td><td>435-0001-01-00</td><td>Gebruik om infraroodbeelden te maken in experiment</td></tr><tr><td>Digitaal multimeter</td><td>Fluke, USA</td><td>117</td><td>Gebruik om elektrische verbinding te controleren</td></tr><tr><td>Lock-in versterker</td><td>Stanford Research System, USA</td><td>SR830</td><td>Gebruik om vierpunts-sonde-meting uit te voeren</td></tr><tr><td>Elektronenbundel verdamper</td><td>9 scale Vacuum Products, USA</td><td></td><td>Gebruik om dunne films (Cu en SiO2) te deponeren</td></tr></tbody></table>

fabricage en karakterisering van een conformal skin-achtige electronic system for quantitative, cutane wound management

Fabrication and Characterization of a Conformal Skin-like Electronic System for Quantitative, Cutaneous Wound Management

Recente vorderingen in de ontwikkeling van elektronische technologieën en biomedische apparaten bieden mogelijkheden voor niet-invasieve, kwantitatieve beoordeling van cutane wondgenezing op de huid. Bestaande methoden zijn echter nog steeds afhankelijk van visuele inspecties via verschillende microscopische hulpmiddelen en apparaten die normaal gesproken dure, geavanceerde systemen omvatten en goed opgeleid personeel vereisen voor bediening en gegevensanalyse. Hier beschrijven we methoden en protocollen om een conform, huidachtig elektronisch systeem te fabriceren dat een conform lamineren op het huidoppervlak nabij de wondweefsels mogelijk maakt, wat het mogelijk maakt om elektrische signalen met hoge getrouwheid te registreren, zoals huidtemperatuur en thermische geleidbaarheid. De methoden voor apparaatontwikkeling geven details van stapsgewijze voorbereiding van het micro-elektronische systeem dat volledig is omsloten met elastomeer siliconenmaterialen om elektrische isolatie te bieden. De experimentele studie presenteert multifunctionele, biocompatibele, waterdichte, herbruikbare en flexibele/rekbare kenmerken van het apparaat voor klinische toepassingen. Protocollen voor klinische tests geven een overzicht en sequentieel proces van reiniging, testopstelling, systeembediening en gegevensverzameling met de huidachtige elektronica, voorzichtig gemonteerd op hypersensitieve, cutane wond en contralaterale weefsels bij patiënten.

Figuur 1 geeft een overzicht van de kenmerken van de conforme, huidachtige elektronisch systeem, ontworpen voor kwantitatieve cutane wondbehandelingen bij patiënten. De multifunctionele elektronisch apparaat bestaat uit microschaal fractal structuren 3,14 en continuvezelmateriaal serpentijn sporen 9,17 op een dunne elastomeer membraan dat uitzonderlijke mechanische rekbaarheid en buigzaamheid biedt. Het compatibel apparaat dat geheel wordt omsloten door siliconen lagen maakt zachte...

Dit artikel presenteert methoden om een conform, huidachtig elektronisch systeem te fabriceren en te karakteriseren en protocollen voor het gebruik in klinische toepassingen, met name bij het beheer van cutane wonden.

Fabricage en karakterisering van een Conformal Skin-achtige Electronic System for Quantitative, Cutane Wound Management

Recent advances in the development of electronic technologies and biomedical devices offer opportunities for non-invasive, quantitative assessment of ...

Het algemene doel van deze procedure is het vervaardigen van een huidachtig elektronisch apparaat voor kwantitatief cutaan wondbeheer. Dit wordt bereikt door eerst een elektronisch apparaat te ontwikkelen op een dragsubstraat. De tweede stap is het voorbereiden van een elastomeer membraan om de elektronica in in te bedden.Vervolgens worden de gefabriceerde elektronica uit hun fabricageverbinding gehaald en overgebracht op het membraan. De laatste stappen bestaan uit het inkapselen van de elektronica met een siliconencoating en het aansluiten van een flexibele kabel voor gegevensverwerving. Het voltooide apparaat wordt gelamineerd nabij het wondweefsel van een patiënt om tijd, variërende temperatuur en de thermische geleidbaarheid van het weefsel te monitoren als onderdeel van het wondbeheer.Het belangrijkste voordeel van dit apparaat ten opzichte van bestaande instrumenten die gebaseerd zijn op microscopische visuele inspecties, is dat het multifunctionele kwantitatieve monitoring van de temperatuur en thermische geleidbaarheid nabij het wondweefsel kan bieden. Het zachte, biocompatibele en op de huid draagbare apparaat beschikt over de functies en kenmerken voor gebruik in klinisc

fabrication-characterization-conformal-skin-like-electronic-system

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Een dual-mode imaging-systeem is ontwikkeld voor non-contact beoordeling van cutane zuurstofvoorziening van de weefsels en vasculaire functie.

Dual-mode beeldvorming van Cutane zuurstofvoorziening van de weefsels en de vaatfunctie

Het doel van dit protocol is om een driedimensionaal huidequivalent van volledige dikte op te bouwen, dat lijkt op natuurlijke huid. Met een speciaal geconstrueerd geautomatiseerd wondapparaat kunnen nauwkeurige en reproduceerbare wonden worden gegenereerd onder behoud van steriliteit.

Genereren van een drie-dimensionale volledige dikte huidequivalent en Automated Verwonden

Hier presenteren we een protocol om een driedimensionaal vereenvoudigd en ongedifferentieerd huidmodel te genereren met behulp van een microgemachineerd microfluïdisch platform. Een parallelle stromingsbenadering maakt de in situ afzetting van een dermale compartiment mogelijk voor het zaaien van epitheelcellen bovenop, allemaal geregeld door spuitpompen.

Generatie van een vereenvoudigd driedimensionaal huid-op-een-chip-model in een microgemachineerd microfluïdisch platform

Twee recente technologieën - tatoeage en textiel - hebben veelbelovende resultaten laten zien in cutane sensing. Hier presenteren we de fabricage- en evaluatiemethoden van tatoeage- en textielelektroden voor cutane elektrofysiologische detectie. Deze elektronische interfaces van geleidende polymeren presteren beter dan de bestaande normen op het gebied van comfort en gevoeligheid.

Conforme draagbare elektroden: van fabricage tot elektrofysiologische beoordeling

Wonden vormen een wereldwijde gezondheidsuitdaging. Deze studie ontwikkelde een gestandaardiseerde fotocabine die gebruikmaakt van digitale planimetrie om de variabiliteit van wondmetingen te minimaliseren. Monitoring van wonden bij muizen gedurende 14 dagen toonde een aanvankelijke toename van het wondgebied en de omtrek, gevolgd door geleidelijke sluiting. Deze methodologie kan helpen bij het evalueren van de kinetiek van wondsluiting in preklinische modellen.

Digitale planimetrie voor het beoordelen van de kinetiek van wondsluiting in een muismodel

Een 405 nm blauwlicht LED-apparaat toont antimicrobiële effectiviteit tegen een breed scala aan wondpathogenen wanneer het wordt geëvalueerd op een collageengebaseerd synthetisch huidmodel. Deze vereenvoudigde in vitro-benadering biedt een reproduceerbaar en ethisch haalbaar alternatief voor vroege evaluatie van lichtgebaseerde antimicrobiële therapieën.

Onderzoek naar een blauw licht LED-apparaat om wondpathogenen te onderdrukken met behulp van een collageengebaseerd synthetisch huidmodel

Een rattenhuidwondmodel dat de evaluatie van verschillende therapeutische middelen onder fysiologische of pathologische omstandigheden over de verschillende stadia van het genezingsproces mogelijk maakt, wordt beschreven. Daarnaast wordt een protocol beschreven voor het uitvoeren van handmatige planimetrie om de contractiesnelheid van wonden tijdens weefselherstel te monitoren.

Een Rat Chirurgisch Huidwondmodel: Een benadering voor wondgenezingsstudies en biomateriaalevaluatie

Twee aangrenzende vloeistoffen die door een gegroefd microfluïdisch kanaal gaan, kunnen worden gericht om een schede rond een prepolymeerkern te vormen; waardoor zowel vorm als doorsnede worden bepaald. Foto-geïnitieerde polymerisatie, zoals thiol click chemie, is zeer geschikt voor het snel stollen van de kernvloeistof tot een microvezel met vooraf bepaalde grootte en vorm.

Microfluïdische fabricage van polymere en biohybridevezels met vooraf ontworpen grootte en vorm

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

In deze paper presenteren we een protocol om organische materialen op textiel, die zorgt voor de directe integratie van organische elektronische apparaten met wearables selectief deponeren. De gefabriceerde apparaten kunnen volledig worden geïntegreerd in textiel, met respect voor hun mechanische uiterlijk en het mogelijk maken sensing mogelijkheden.

Een eenvoudige en schaalbare Fabrication Methode voor biologisch Electronic Devices on Textiles

Leer de fabricage van een huidachtig elektronisch systeem voor kwantitatief wondbeheer. Dit apparaat monitort temperatuur en thermische geleidbaarheid in real-time bij patiënten.

Fabricage en karakterisering van een Conformal Skin-achtige Electronic System for Quantitative, Cutane Wound Management

Meer video's verkennen