Fabricage van fijne elektroden op het puntje van een hypodermische naald met behulp van fotoresist Spray Coating en flexibele Photomask voor biomedische toepassingen
28 november 2017
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.
Het algemene doel van dit protocol is om fijne verweven elektroden te fabriceren op de punt van een hypodermische naald met een diameter van minder dan één millimeter voor biomedische toepassingen. Deze methode kan de dialecten metalen patroon op de ronde punt van de hypodermische naald bereiken door middel van spraycoating van fotoresist en fotolithografieproces met een flexibele film als masker. De gefabriceerde microdiodessensor kan wijd worden gebruikt voor biomedische toepassingen, zoals medicijnafgifte, biopsie en zelfs chirurgie met hoge precisie door middel van cauterizing elektrofotometer targetatious.
Om deze procedure te beginnen, snijdt u een lengte van drie centimeter van de hittekrimpbuis en past u de lengte aan indien nodig op basis van de penetratiediepte van de hypodermische naald. Plaats de hypodermische naald in de gesneden hittekrimpbuis. Gebruik een heteluchtpistool, ingesteld op 150 graden Celsius en krimp de buis.
Na dit, scheidt u de hypodermische naald van zijn hub. Reinig de naald in een gedeïoniseerd waterbad met ultrasone agitatie. Gebruik vervolgens een hotplate ingesteld op 105 graden om de geïsoleerde naald gedurende 10 minuten te dehydreren.
Vervolgens brengt u dubbelzijdig plakband aan op een schone glazen plaat. Schik de schone geïsoleerde naald zij aan zij op de blootgestelde zijde van het dubbelzijdige plakband. Gebruik sputterapparatuur om chroom en goud op de naalden te deponeren zoals beschreven in het tekstprotocol.
Gebruik eerst dubbelzijdig plakband om een van de goud gespoterde naalden op een glazen plaat te bevestigen. Verwarm de chuck van de spraycoater tot 100 graden Celsius. Plaats de plaat op de verwarmde chuck.
Laat de naald gedurende twee tot drie minuten opwarmen. Spuit vervolgens de fotoresist op de goud gespoterde naald terwijl u nog steeds verwarmt volgens de hier getoonde omstandigheden. Laat vervolgens de glazen plaat op de chuck gedurende drie minuten op 100 graden Celsius verwarmen voor zachte bak.
Gebruik een microscoop ingesteld op 100x vergroting om de naald te inspecteren om te bepalen of de fotoresist gelijkmatig is gecoat. Til eerst langzaam een vrij beweegbare monsterhouderplaat op totdat deze volledig contact maakt met de vaste fotomasker houderplaat. Gebruik een pneumatische pomp om de monsterhouderplaat te bevestigen.
Plaats vervolgens de met fotoresist beklede naald op de monsterhouderplaat. Lijn twee van de grenslijnen van het geprojecteerde beeld uit met twee parallelle uitlijningslijnen van de fotomasker met behulp van de CCD-beeldschermmonitor om het proces in realtime te bewaken. Til de naald langzaam op om de naald in contact te brengen met de vaste flexibele fotomasker.
Stel de naald bloot aan UV-licht gedurende 30 seconden met een intensiteit van 15 millijoule per centimeter in het vierkant. Voer vervolgens het ontwikkelingsproces gedurende drie minuten uit. Gebruik vervolgens gedeïoniseerd water om de ontwikkelaar uit het monster te spoelen.
Gebruik een microscoop ingesteld op 200 keer vergroting om te bepalen of de fotoresist duidelijk is gepatternd. Als de blootgestelde fotoresist niet perfect is verwijderd, herhaal dan het ontwikkelingsproces met intervallen van 30 seconden. Gebruik een tang om het monster van de glazen plaat los te maken.
Dompel in goud nat etser gedurende één minuut. Gebruik vervolgens gedeïoniseerd water om de etser uit te spoelen. Gebruik een microscoop ingesteld op 200x vergroting om het resultaat te inspecteren.
Als er nog steeds goud moet worden verwijderd, herhaal dan het etsproces met intervallen van 10 seconden. Dompel vervolgens de naald gedurende 30 seconden in chroom etser. Gebruik gedeïoniseerd water om de etser uit te spoelen wanneer u klaar bent.
Dompel de geëtste naald gedurende één minuut in een acetonoplossing. Spoel daarna af met gedeïoniseerd water. Breng het monster over naar een hotplate verwarmd tot 105 graden Celsius om gedurende 10 minuten te dehydreren.
Snijd vervolgens de krimpbuis zodat deze twee tot drie millimeter langer is dan de elektrode. Gebruik een heteluchtpistool om de temperatuur van de hittekrimpbuis op 150 graden te verhogen om de naald strak te passieven. In deze studie worden verweven elektroden gefabriceerd op de punten van hypodermische naalden met behulp van fotoresist spraycoating en een flexibele fotomasker.
De elektroden zijn met succes gefabriceerd met een diameter van 820 micrometer terwijl de fabricagemarge vanaf de punt van de naald zo klein is als 680 micrometer. De breedte en opening van de fotomasker, die respectievelijk 25 micrometer en 15 micrometer zijn, zijn ontworpen om UV dosisonbalans op te lossen die ontstaat door imperfect contact tussen het buitenste gedeelte van de fotomasker en het gebogen oppervlak van de naald. Deze veranderingen maken het mogelijk om zowel de breedte als de opening van de elektroden met succes te fabriceren op 20 micrometer door de UV-blootstellingstijd te optimaliseren.
De onderscheidingscapaciteit van de elektrische impedansiespectroscopie op een naald wordt geëvalueerd met behulp van verschillende concentraties van PBS. Omdat de PBS seriëel wordt verdund met gedeïoniseerd water, neemt de elektrische geleidbaarheid af naarmate de concentratie van PBS afneemt. Dus, de grootte van de impedantie neemt toe naarmate het concentratieniveau van PBS afneemt.
Op basis van deze onderscheidingscapaciteit wordt diepteprofilering uitgevoerd op een frequentie van één megahertz met behulp van vier gelaagde varkensweefsels. Volgens de penetratiediepte van de EoN, is de grootte van de impedantie en vetweefsel duidelijk onderscheiden van die van spierweefsel. Na het bekijken van deze video, zou u moeten begrijpen hoe microelektroden op een afgeronde oppervlakteschaal te fabriceren om een diameter van minder dan één millimeter te lezen.
Momenteel zijn we beter in het vinden van de klinische toepasbaarheid van de naaldensensoren voor degeneratief voor de spinale anesthesie, schildklierbiopsie en zelfs operaties zoals laparoscopische chirurgie en passie-apronectomie.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie demonstreert een methode voor het fabriceren van fijne interdigitated elektroden op de uiteinden van hypodermische naalden voor biomedische toepassingen. De techniek maakt gebruik van spuitcoating en fotolithografie met een flexibel fotomasker om nauwkeurige patterning te bereiken.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Biomedische Techniek
- Microfabricatie
- Elektrochemische Sensing
Achtergrond
- Fijne elektrodefabricage is cruciaal voor geavanceerde biomedische toepassingen.
- De methode heeft tot doel problemen op te lossen met betrekking tot UV-dosisonbalans tijdens elektrode patterning.
- Interdigitated elektroden zijn bijzonder nuttig voor precieze metingen in medische behandelingen.
- Deze studie richt zich op reproduceerbaarheid en uniformiteit in elektrodeontwikkeling.
Doel van het onderzoek
- Interdigitated elektroden fabriceren op hypodermische naalden met een diameter minder dan één millimeter.
- Hoge precisie mogelijk maken in biomedische toepassingen zoals medicijntoediening en operaties.
- De elektrische impedantie van de gefabriceerde sensoren evalueren.
Gebruikte methoden
- Het protocol draait om fotolithografie en spuitcoatingstechnieken.
- Een hypodermische naald dient als het primaire biologische model voor sensorbevestiging.
- De studie beoordeelt de elektrische impedantie bij verschillende concentraties van PBS.
- Belangrijke stappen omvatten naaldvoorbereiding, UV-blootstelling, ontwikkelingsproces en etsprocedures.
- Kritische temperatuurcontrole en timing worden gedurende het fabricageproces benadrukt.
Belangrijkste resultaten
- De elektroden werden succesvol gefabriceerd met een opening en breedte van 20 micrometer.
- De elektrische impedantie varieerde aanzienlijk met verschillende PBS-concentraties, wat effectieve metingsdiscriminatie mogelijk maakte.
- De studie toonde ook de mogelijkheid voor diepteprofilering in varkensweefsels.
- De succesvolle patterning van de elektroden maakt verbeterde precisie mogelijk in verschillende klinische toepassingen.
Conclusies
- Deze studie benadrukt een nieuwe aanpak om microelektroden voor biomedische toepassingen te fabriceren.
- De ontwikkelde methode toont potentieel voor gebruik in klinische omgevingen zoals spinale anesthesie en biopsies.
- Het benadrukt vooruitgang in het begrijpen van sensortechnologie voor verschillende medische doeleinden.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
This method enables precise microelectrode fabrication on hypodermic needles for biomedical sensing applications, supporting target tissue discrimination through electrical impedance measurements. The approach reduces invasiveness by positioning electrodes close to the needle tip, minimizing tissue penetration during diagnostic or therapeutic procedures. It enhances predictive confidence in early-stage biomedical device development by providing a reproducible platform for tissue characterization and margin detection.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of tissue-specific electrical properties to validate biological targets based on impedance signatures.
- Operational Value: Supports rapid prototyping of needle-integrated sensors for high-throughput tissue screening.
- Translational Value: Facilitates mechanistic de-risking by correlating electrical readouts with tissue composition in preclinical models.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative, frequency-dependent impedance outputs for comparative analysis of biomaterial or drug interactions.
- Operational Value: Delivers reproducible electrode patterning with 20 µm feature resolution, ensuring assay standardization across batches.
- Translational Value: Enables label-free, real-time monitoring of tissue responses during compound evaluation.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Demonstrates depth profiling capability in multilayered tissues, supporting discrimination between normal and pathological states.
- Operational Value: Utilizes durable PET heat shrink tubing for insulation, enhancing sensor stability in physiological environments.
- Translational Value: Supports surgical margin detection by identifying tissue boundaries via impedance shifts, reducing unnecessary resection.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by enabling tissue characterization prior to lead identification, with outputs informing go/no-go decisions based on biological specificity.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing through electrical discrimination of tissue types, aiding in target validation and pathway analysis.
- Screening: Provides assay-ready microelectrodes with consistent geometry for reliable compound-tissue interaction measurements.
- Analytics: Yields impedance magnitude and frequency response data that enable quantitative comparison across experimental conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical validation by demonstrating tissue depth profiling in porcine models, aligning with histopathological assessment.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable microfabrication platform adaptable to various needle gauges and biomedical sensing applications.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Improves target validation confidence by reducing false positives through direct tissue property measurement.
- Operational Value: Ensures reproducibility via photoresist spray coating and flexible photomask, minimizing variability in electrode fabrication.
- Strategic Value: Reduces late-stage attrition by enabling early detection of tissue-specific responses, improving capital efficiency in device development.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted advancement decisions by providing objective, quantitative tissue discrimination data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfabrication, photolithography, and electrochemical sensing for successful execution.
- Depends on access to sputter coaters, UV exposure systems, and etching equipment for metal deposition and patterning.
- Necessitates standardization of UV exposure and development timing to compensate for curvature-induced dose variations on needle tips.
- Involves adaptation considerations when transferring the method to different needle materials or diameters.
- Involves practical limitations related to the stability of the electrode-tissue interface under physiological conditions over extended use.
