Sensor de microagulhas baseado oco para Multiplexed Transdermal Eletroquímica Sensing

O objetivo geral deste procedimento é fabricar um sensor com microneedles multiplexados para detecção eletroquímica transdérmica de diversos analitos-alvo que podem ser medidos simultaneamente. O primeiro passo é fabricar matrizes de microneedles ocos utilizando litografia por mísster e criar cavidades para matriz de eletrodos usando micromecanização a laser. Em seguida, prepare as pastas de carbono individuais e preencha as cavidades da matriz de eletrodos.

Em seguida, calibre cada uma das pastas de carbono ao longo de uma faixa de concentrações fisiologicamente relevantes. Em última análise, cria-se um dispositivo eletroquímico transdérmico in vivo capaz de medir simultaneamente múltiplos analitos em microambientes fisiológicos complexos para uma variedade de aplicações biomédicas. A principal vantagem desta técnica em relação aos métodos existentes é a capacidade de realizar sensores multiplex de maneira minimamente invasiva.

Este dispositivo pode ser utilizado como uma ferramenta de pesquisa para medir respostas médicas agudas, compreender as adaptações durante o exercício físico e monitorar doenças que afetam a pele. As implicações desse sensor microneedle in vivo estendem-se ao diagnóstico de tumores cutâneos, pois os microambientes tumorais podem servir como indicadores da proliferação e metástase tumoral. Nosso objetivo com este dispositivo é utilizar matrizes de microneedles como um mecanismo minimamente invasivo para acessar o fluido intersticial dérmico e realizar análises eletroquímicas.

Inicie no software de modelagem tridimensional, SolidWorks, e projete um array de microagulhas ocas com formato parametal. Em seguida, utilizando o software Magic's RP 13, projete uma estrutura de suporte que forneça uma base sobre a qual as microagulhas serão construídas. Depois, controle o processo de fabricação usando o software refratário RP.

Carregue os arquivos de suporte vinculado e do arranjo de microagulhas. Em seguida, selecione o número de arranjos de microagulhas a serem fabricados e determine a posição dos dispositivos na placa de fabricação no sistema de manufatura por prototipagem rápida pery. Selecione o modo ultravioleta em 100 miliwatts e realize o procedimento de calibração.

Verifique se o desvio na energia está dentro de mais ou menos dois miliwatts. Após a fabricação da matriz de microagulhas ser concluída, remova a matriz de microagulhas da placa de base. Desenvolva um isopropanol por 15 minutos.

Em seguida, seque os arranjos com ar comprimido para garantir a polimerização completa. Cure as microneedles à temperatura ambiente por 50 segundos. Examine as microneedles por microscopia óptica.

Verifique se cada canal de microneedle totalmente fabricado é oco e desobstruído. Exponha os fios de cobre de conexão individualmente endereçáveis subjacentes em um cabo plano e flexível. Crie padrões para a ablação a laser e envie esses padrões para o sistema a laser.

Agora, posicione os cabos em uma ferramenta para alinhá-los corretamente na placa de ablação a laser com uma abordagem ascendente, criando cavidades de 500 micrômetros de diâmetro na parte isolante do cabo flexível. Limpe os cabos planos flexíveis modificados com uma aerografia que pulveriza acetona. A 40 PSI, enxágue então com isopropanol e água desionizada usando um microscópio óptico.

Verifique se nenhum filme isolante permanece sobre as tiras de cobre expostas. O próximo passo é criar uma cavidade de fixação para as pastas de carbono, utilizando a fita ABL melanox que contém um adesivo acrílico sensível à pressão em um lado, no padrão previamente usado para as tiras de eletrodo. Agora, posicione a fita sobre as tiras de eletrodo abladas.

Comprima a fita para garantir uma conexão adequada. Em seguida, remova a fita dupla face melin X e alinhe a fita para permitir a ligação entre os arranjos de microneedles e os arranjos de eletrodos de pasta de carbono. Misture 10 miligramas de glicose oxidase e 2,2 miligramas de polietilenoamina em uma pasta de carbono homogênea sensível à glicose.

Em seguida, adicione 60 miligramas de ródio em pó de carbono e misture com 40 miligramas de óleo mineral. Armazene a pasta a quatro graus Celsius para a pasta de carbono sensível ao pH. Misture 30% de óleo mineral e 70% de pó de grafite. Usando um pedaço fino de plástico como desempenadeira, preencha a cavidade do eletrodo com a pasta até obter uma superfície lisa.

Repita com um segundo barquinho de pesagem limpo até que a pasta em excesso seja removida. Em seguida, lave com água desionizada. A seguir, coloque uma gota de 20 microlitros de solução fresca de azul de nápoles sobre o eletrodo de pasta compactada.

Após um período de incubação de 30 minutos, enxágue com água desionizada para a pasta de carbono sensível ao lactato. Combine 2,5 miligramas de ródio em pó de carbono com 2,5 miligramas de lactato oxidase. Alterne entre cinco minutos de sonicação e cinco minutos de vortexamento por cinco ciclos.

Prossiga para embalar a pasta na cavidade do eletrodo. Por fim, lave com água desionizada para detectar lactato. Meça a resposta cronopotenciométrica e paramétrica do sensor e registre a corrente após 15 segundos para detectar glicose.

Meça a resposta cronopotenciométrica do sensor para criar as curvas de calibração para os sensores de lactato e glicose sucessivamente. Adicione o analito respectivo antes das medições cronopotenciométricas e paramétricas. Alternativamente, realize medições cronopotenciométricas e paramétricas em potencial fixo sob agitação.

Deixe tempo suficiente entre cada adição de analito para a estabilização da corrente. Para monitorar o pH, realize varreduras voltamétricas cíclicas e registre as posições dos valores de potencial de pico oxidativo; crie curvas de calibração de pH medindo a posição do potencial de pico oxidativo em voltamogramas cíclicos registrados ao longo de uma série de valores de pH conhecidos. O processo de construção de um sensor com microagulhas multiplexadas começa com o projeto do arranjo de microagulhas no SolidWorks e, em seguida, com o projeto das estruturas de suporte no magic's RP 13.

Essas micrografias eletrônicas de varredura mostram uma matriz de microneedles e um único microneedle dentro dessa matriz. A plataforma sensora do sensor baseado em microneedles é criada utilizando ablação a laser para formar as matrizes de eletrodos no cabo plano e flexível, e posteriormente preenchendo essas matrizes com pasta de carbono. As reações eletrocatalíticas para glicose e lactato são apresentadas juntamente com os parâmetros operacionais para detecção.

Essa calibração típica da pasta sensível ao lactato com varreduras cronometricas de 15 segundos mostra cada aumento na corrente correspondente a uma adição de dois milimolares de lactato. Uma única varredura cronometrica contínua é utilizada durante o monitoramento, sendo a calibração de glicose do sensor realizada por meio da adição de concentrações de glicose e, em seguida, permitindo que a corrente se estabilize. Este esquema mostra as reações eletrocatalíticas para detecção de acidez aqui, sendo os gramas cíclicos na microneedle sensível ao pH em tampão fosfato 0,1 molar apresentados em quatro soluções diferentes com valores de pH variando de cinco a oito em incrementos de uma unidade.

Como o potencial do pico oxidativo se desloca com o aumento dos valores de pH, esse fenômeno é utilizado como indicador do valor de pH. Uma vez dominado, este dispositivo pode ser fabricado corretamente em dois dias. Ao realizar este procedimento, é importante observar que os diferentes espaçamentos de carbono não manterão sua seletividade se misturados entre si.

Após este procedimento, pode-se adicionar ao arranjo de eletrodos carbono seletivo adicional para monitorar outros analitos na pele. O desenvolvimento deste dispositivo pode abrir caminho para pesquisadores na área de sensores vestíveis realizarem diagnósticos médicos e explorarem questões fundamentais de ciências biomédicas.