Name: Fabricação e caracterização de um Sistema Eletrônico Conformal-pele como para a gestão quantitativa, Ferida Cutânea (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-09-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 50 s
Description: Aprenda a fabricar um dispositivo eletrônico conforme à pele para gestão quantitativa de feridas cutâneas. Este método permite monitorar temperatura e condutividade térmica em tempo real, melhorando os resultados clínicos no tratamento de feridas crônicas.

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Este trabalho foi apoiado pelo financiamento de arranque da Escola de Engenharia, Virginia Commonwealth University e alguns dispositivos eletrônicos foram preparados nas instalações de microfabricação na Virginia Wright Microelectronics Center. Nós reconhecemos os pesquisadores que fizeram contribuições para o dispositivo e os dados clínicos (Figuras 3 e 5 do presente documento), adquirida a partir do artigo publicado 10. W.-HY graças Yoshiaki Hattori para o, software de gravação de dados feito sob medida.

As experiências para a fabricação do dispositivo, laminação pele, caracterização e mostrado nas Figuras 1, 2, e 4, envolveu duas voluntários todos realizados no Laboratório Bio-nanoengineering interface da Universidade da Virgínia (VCU), Richmond, VA, EUA. Este estudo foi aprovado pelo Institutional Review Board VCU (número de protocolo: HM20001454) e seguiu as diretrizes de pesquisa da Human Research VCU. Os dados do aparelho e clínicas apresentadas nas Figuras 3 e 5 foram adquiridas a partir do artigo publicado em 10 de onde as experiências com pacientes foram conduzidos sob o protocolo (número: STU69718), aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade Northwestern, Chicago, IL, EUA. Fabrication 1. Dispositivo NOTA: A Figura 2 apresenta ilustrações esquemáticas para o processo global de fabrico. <ol><li> Preparar um substrato portador<ol><li> Cortar uma 3 em silício (Si) para a bolacha nua tamanho desejado da electrónica, utilizando uma lâmina de diamante. NOTA: Cerca de metade Si wafer dá um tamanho ideal para o dispositivo ferida. </li><li> Desengordurar bolacha de Si com acetona e álcool isopropílico (IPA). Lavar a bolacha com água desionizada (Dl) e, em seguida seca com azoto e desidratar numa placa de aquecimento a 110 ° C durante 3 min. </li><li> Preparar 11 g de polidimetilsiloxano (PDMS) com a mistura de 10: 1 razão em volume de base e agente de cura e desgaseificar a mistura numa câmara de vácuo durante uma hora. NOTA: PDMS é usado para uma recuperação padrão seco e transferir a impressão após a microfabricação, que é preferível para o produto químico molhado (acetona) abordagem baseada no estudo anterior 7. </li><li> Rotação revestimento 5 g de uma solução mista de PDMS na bolacha a 3000 rpm durante 1 min e curar completamente numa placa de aquecimento a 150 ° C durante 30 min. </li></ol></li><li> Materiais de Depósito e eletrônica padrão <ol><li> Tratar o PDMS-Coated bolacha com ultravioleta (UV) / ozono, utilizando uma lâmpada de UV (8,9 mW / cm2) durante 3 minutos para tornar a superfície hidrófila. NOTA: A superfície hidrofílica oferece revestimento uniforme de camadas adicionais sobre o PDMS. </li><li> Spincoat poliimida (PI; 2 mL) nas PDMS revestido da bolacha, por pipetagem, a 4.000 rpm durante 1 minuto para formar uma camada de 1,2 mícrons de espessura, pré-cozer numa placa de aquecimento a 150 ° C durante 5 min, e pós- cozer a 250 ° C durante 2 horas. </li><li> Depósito de crómio (Cr), para formar uma camada de 20 nm de espessura e, em seguida, depositar o cobre (Cu), para formar uma camada de 3 micrómetros de espessura usando o feixe de electrões (E-beam) evaporação (pressão de base: ~ 1 x 10 -7 Torr , a pressão de deposição: ~ 1 × 10 -6 Torr, taxa de deposição: 1-5 A / S). Monitorar a espessura da película por deposição a interface do controlador embutido no evaporador. NOTA: A espessa camada de Cu proporciona níveis suficientes de condutividade elétrica nas resistências em microescala do dispositivo e fina camada de Cré usado para promover a adesão entre a PI e Cu. </li><li> Spincoat um fotorresistente (2 ml) com três passos a 900 rpm durante 10 seg, 1.100 rpm, durante 60 s, e 4000 rpm durante 20 segundos e, em seguida, curar numa placa de aquecimento a 75 ° C durante 30 min. NOTA: As etapas sequenciais descritos acima foram utilizados para depositar uma espessa (&gt; 10 um) fotorresistente. </li><li> Alinhe Cu eletrônicos padrões (sensores; fractal projeto &#39;Peano&#39; com 35 mm de largura e interconexões; design de malha serpentina aberto com 50 mm de largura) no centro da lâmina de silício usando um alinhador UV (de energia: 10 mW / sec) com o tempo de exposição de 25 s. NOTA: As estruturas fractais são usados ​​para fornecer capacidade de estiramento mecânico superior, em comparação com apenas 14 sinuosos características. </li><li> Desenvolver o photoresist em um desenvolvedor de base diluída (1: 2 proporção de desenvolvedor e água DI) por um minuto, lave com água DI, e seca com azoto. Inspecione os padrões fractais (Cu e interconexões) usando um microescopo para confirmar o tamanho e característica encontrar quaisquer defeitos de partículas. NOTA: Se houver quaisquer defeitos indesejáveis, em seguida, retire photoresist por lavagem com água acetona / IPA / DI. Após a secagem com azoto, repita os passos a partir de 1.2.4 para 1.2.6. </li><li> Etch a camada de Cu sobre a bolacha de Si por imersão em um produto corrosivo de química húmida para ~ 6 min (10 ml; mistura de persulfato de amónio e água na proporção de 1: 4; taxa de 8 nm / seg etch em 40 ° C), enxaguamento com água DI, e seca com azoto. Inspecione os padrões usando um microscópio para quaisquer padrões sobre-gravados. NOTA: Se os padrões são sobre-gravado, ele pode causar arestas indesejadas dos recursos, o que poderia levar à fratura mecânica durante o manuseio do aparelho e processo de lavagem. Os resultados dos testes anteriores mostraram que mais de ~ 20% sobre-condicionamento dos padrões originais causou os problemas acima mencionados. </li><li> Etch a camada de Cr com gravação iónica reactiva (RIE; pressão: 300 mTorr, potência: 200 W, CF 4 gás: 5 sccm, O 2 gás: 10 sccm) por 5 min. Inspecione os padrões. NOTA: Para gravação da camada de Cr, o processo de RIE é preferível para molhar ataque químico que provoca a reacção desfavorável com a camada de Cu. </li><li> Remover o fotorresistente permaneceu sobre as camadas de metal por imersão a bolacha em acetona (10 ml), IPA (10 ml), e água desionizada (20 ml), respectivamente. Em seguida, seque-o com nitrogênio. </li><li> PI Spincoat (2 ml) no metal depositado da bolacha, por pipetagem, a 4000 rpm durante 1 minuto para formar uma camada de 1,2 mícrons de espessura, pré-cozer numa placa de aquecimento a 150 ° C durante 5 min, e pós-asse a 250 ° C durante 2 horas. </li><li> Spincoat um fotorresistente (2 ml) com três passos a 900 rpm durante 10 seg, 1.100 rpm, durante 60 s, e 4000 rpm durante 20 segundos e, em seguida, curar numa placa de aquecimento a 75 ° C durante 30 min. </li><li> Alinhe os padrões de PI para encapsular a eletrônica Cu (sensores, design fractal &#39;Peano&#39; com 35 mm de largura e interconexões; design de malha aberta com serpentina 250mm de largura) com os fractais e interconexões pré-definidos Cu usando um alinhador UV (de energia: 10 mW / seg) com tempo de exposição de 25 seg. </li><li> Desenvolver o photoresist com um desenvolvedor diluído (1: 2 proporção de desenvolvedor e água DI) por um minuto, lave com água DI, e seca com azoto. Inspecione os padrões usando um microscópio para confirmar a dimensão do traço e encontrar quaisquer defeitos de partículas. NOTA: Se houver quaisquer defeitos indesejáveis, em seguida, retire photoresist por lavagem com água acetona / IPA / DI. Após a secagem com azoto, repita os passos a partir de 1.2.10 a 1.2.13. </li><li> Etch a camada IP com RIE (pressão: 170 mTorr, potência: 150 W, O 2 gás: 20 sccm) durante 25 min. Inspecione os padrões. </li><li> Remover o fotorresistente manteve-se por imersão da bolacha em acetona (10 ml), IPA (10 ml), e água desionizada (20 ml), respectivamente. Em seguida, seque-o com nitrogênio. </li></ol></li><li> Prepara-se uma membrana elastomérica <ol><li> Prepara-se uma encapsulação 10 g de mistura de silicone (1:Proporção de 1 volume de base e agente de cura) e adicionar uma tinta preta 15 com uma relação de volume para um, que é o de facilitar as medições de controlo da variação da temperatura sobre a pele utilizando uma câmara de infravermelhos. NOTA: O silicone utilizado (borracha de encapsulamento claro) oferece características únicas de baixa viscosidade, claridade óptica, e isolamento elétrico / proteção para o dispositivo 16. </li><li> Spincoat 8 g da mistura numa placa de Petri a 150 rpm durante 1 minuto para formar um 500 mm de espessura de membrana elastomérica e cura à temperatura ambiente durante S / N. NOTA: O material tem de ser colocado sobre uma superfície plana para a espessura uniforme. </li><li> Cortar a membrana para o tamanho desejado de 70 mm x 30 mm, utilizando uma lâmina de barbear afiada suavemente e retirá-la da placa de Petri. </li></ol></li><li> Recuperar e transferir eletrônica <ol><li> Cortar uma fita solúvel em água (25 mm x 80 mm) e suavemente laminar para os padrões electrónicas fabricadas e colocá-los numa placa de aquecimento a 130 ° Cdurante 3 min. NOTA: elevação da temperatura a camada de PDMS expande na bolacha de Si para ajudar a dissociação dos padrões electrónicos a partir da superfície. </li><li> Retire a fita rapidamente do PDMS / Si wafer para recuperar os padrões eletrônicos. </li><li> Depositar uma espessura de 20 nm Cr (por aderência) seguido por um a 50 nm de espessura de dióxido de silício (SiO2) em padrões recuperados por evaporação por feixe de elétrons. </li><li> Tratar UV / ozono através da lâmpada de UV (365 nm, 8,9 mW / cm 2) sobre a membrana de silicone alvo durante 2 minutos para activar a superfície. </li><li> Transferir os padrões para a membrana de silicone, colocando os padrões obtidos na fita para o local desejado e uniformemente aumentando a pressão do lado de cima para baixo dos padrões no substrato. Aplicar água para dissolver a fita durante 5 min. NOTA: O processo descrito de transferência de materiais é facilitada através de ligação covalente (Si-O-Si) entre o dióxido de silício depositado e o substrato de silicone activado por UV 17 </sup&gt;. </li><li> Retire a fita, enxaguar com água desionizada, e seco numa placa de aquecimento a 90 ° C durante 1 min. </li></ol></li><li> Encapsular o dispositivo utilizando uma membrana de silicone <ol><li> Prepara-se uma encapsulação 10 g de mistura de silicone (1: 1 razão em volume de base e agente de cura). </li><li> Cubra as superfícies de contato do cabo com um pedaço PDMS rectangular (22 × 6 × 1 mm3) por van der Waals ligação com a membrana de silicone baixo para evitar silicone revestimento das almofadas. </li><li> Spincoat a 5 g de mistura de silicone a 4.000 rpm durante 1 minuto para formar uma camada de 5 mm de espessura sobre a electrónica e transferidos, em seguida, curar à temperatura ambiente durante S / N. </li></ol></li><li> Conecte um cabo de fita flexível para aquisição de dados <ol><li> Aplicar o fluxo de aço líquido (0,5 ml), por pipetagem, nas almofadas do conector durante 3 seg a tornar a superfície limpa. </li><li> Ligar um cabo de fita fino, flexível sobre os pontos de contacto com a pressão a alta temperatura (&gt; 60 ° C). A straightene cabelo típicor oferece fácil manuseio e colagem. NOTA: O micro-cabo película é preferível à solda-fio duro convencional para evitar qualquer fractura mecânica das membranas de metal transferidos sobre um silicone. </li><li> Verifique a conexão elétrica usando um multímetro digital. O valor da resistência é esperado inferior a 1 Ohm entre a almofada sensor com uma extremidade e a outra extremidade do cabo de película (distância de ~ 1 cm de distância). </li><li> Ligar a outra extremidade do cabo de fita para uma placa de circuito impresso personalizado com a mesma estratégia descrita no passo 1.6.2. </li><li> Verifique a conexão elétrica usando um multímetro digital. </li><li> Conecte o dispositivo com o hardware de aquisição de dados soldando fios convencionais no PCB. </li></ol></li></ol> 2. Testes clínicos <ol><li> Limpar o dispositivo utilizando uma solução desinfectante <ol><li> Preparar 205 g de uma solução desinfectante diluído (proporção de 40: 1 volume de água e solução). </li><li> Pulverizar osolução (10 g) no dispositivo e mergulhe-o por 10 min. NOTA: O líquido de limpeza desinfectante diluído pode ser armazenado à temperatura ambiente. </li><li> Enxágüe com água três vezes e seque-a com tecidos limpos. </li></ol></li><li> Configurar uma série de equipamentos para testes de dispositivo <ol><li> Preparar e ligar um amplificador lock-in com uma fonte de corrente, um multiplexer, e o software personalizado instalado em um computador portátil para gravação de dados. </li><li> Coloque uma câmera infravermelha em um tripé e se concentrar em um objeto de destino para a termografia como uma referência. </li><li> Configure os parâmetros do sistema de um amplificador lock-in para medir a condutividade térmica (freqüência: 1 e 3 Hz; constante de tempo: 3 e 1 seg; sensibilidade: 1 mV; reserva dinâmico: alta de reserva) e temperatura (freqüência: 997 Hz; tempo constante: 300 ms; sensibilidade: 2 mV; reserva dinâmico: baixo nível de ruído) com a corrente constante (2 mA aplicada). </li><li> Conectar dois dispositivos ferida, preparado por microfabricação e transferência de impressão e montado sobre ferida eSites contralateral, para o multiplexer direita antes de gravar dados de um paciente. </li></ol></li><li> Temperatura recorde e condutividade térmica NOTA: O software de aquisição de dados é feito por encomenda, que pode controlar remotamente o lock-in amplificador para monitoramento de dados em tempo real e poupança. Na medição de temperatura, cada ponto de dados é medida a cada 300 ms para 20 seg. O conjunto de dados para o primeiro 10 seg e 10 seg próxima são usados ​​para calcular o valor da temperatura média e desvio padrão, respectivamente. Os dados gravados são salvos como um arquivo de valores separados por vírgula, que é usado para traçar um gráfico para comparação com dados de termografia infravermelha. Na medição da condutividade térmica, os sinais são 3Ω lida directamente a partir do ecrã de hardware (amplificador), que é então utilizada para calcular a condutividade térmica analiticamente. <ol><li> Suavemente esfregue os locais de aplicação do dispositivo sobre a pele usando álcool anti-séptico toalhetes 10. </li><li> 2.3.2) laminado dois dispositivos sobre os locais da pele desejado pressionando suavemente o dispositivo à pele com os dedos para facilitar a ligação suave: um sobre o local da ferida cirúrgica e o outro na localização contralateral como referência. </li><li> Meça a tensão eléctrica (3Ω), relacionada com a condutividade térmica, do dispositivo, iniciando a aquisição de dados. </li><li> Avaliar os dados obtidos para verificar o contacto conformada do dispositivo para a pele; valor anormal (&lt;0,1 W / mK) mostra mau contacto do dispositivo. </li><li> Meça a resistência elétrica para determinar a distribuição da temperatura e gravar dados através do software personalizado. </li><li> Tome imagens ópticas e IV dos dois dispositivos na pele. </li><li> Comparar os valores de temperatura a partir das imagens IR com os dados gravados a partir do dispositivo ferida (2.3.5). Adicione os dois valores para separar colunas em uma planilha personalizada. </li></ol></li><li> Analisar os dados gravados <ol><li> Exportar os dados gravados para oMolde para calcular automaticamente a temperatura e a condutividade térmica a partir de uma matriz de sensores no dispositivo personalizado. </li><li> Determinar os dados (de temperatura e condutividade térmica de acordo com a localização do sensor na escala de tempo diferente para comparação) ao longo de um mês (quatro conjuntos de dados no dia 1, 3, 15, e 30). </li><li> Analisar os dados por comparação de uma série de temperatura e dados de condutividade térmica de acordo com o tempo; Valores com elevação súbita ou queda diga a mudança de fase de cicatrização de feridas e / ou anormalidade inesperado em sites de feridas. </li></ol></li></ol>

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Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Este artigo destaca os métodos e protocolos para fabricar um sistema eletrônico conforme, semelhante à pele, que permite a laminação isolante perto dos tecidos da ferida, que oferece medição quantitativa da temperatura da pele e mapeamento da condutividade térmica na pele. 
As principais características incluem a utilização de novas técnicas de impressão por transferência de materiais e integração de materiais duros e macios para projetar e desenvolver o dispositivo eletrônico flexível / elást...

No estudo clínico e de investigação biomédica, monitorização de cicatrização da ferida tem-se centrado sobre um método invasivo, que se baseia na avaliação histológica de tecido de mudança morfológica em feridas 1,2. Recentemente, avanços rápidos em tecnologias eletrônicas permitirá o desenvolvimento de ferramentas de análise de imagem e de alta precisão que pode inspecionar visualmente o processo de cicatrização através de imagens digitais 3,4 ou microscopia confocal de varredura e espectroscopia de 4,5. No entanto, estas abordagens de imagem exigem custos elevados, instrumentos ópticos de complicados e operações, e mais importante, os pacientes necessitam ser imobilizada durante o teste. Portanto, existe uma necessidade de novos dispositivos e sistemas que são quantitativa, não invasivo, de fácil utilização, de baixo custo, e multifuncional para oferecer o tratamento de feridas mais precisa. Aqui, nós introduzir um sistema electrónico de pele-como que fornece preciso, mapeamento em tempo real de Condu temperatura e térmicasctivity e proporciona um nível preciso de aquecimento em locais ferida via conformada laminação do dispositivo de forma não invasiva. Este dispositivo apresenta uma classe de tecnologia, epidérmicas sistemas montados na pele eletrônicos que são projetados para corresponder às propriedades mecânicas e de material (espessura total, rigidez à flexão, módulos eficazes, e densidade de massa) da epiderme 6-9. O dispositivo foi projetado em um, à prova de água-biocompatível pele-friendly, e forma reutilizável que pode ser lavado e desinfetado para aplicações clínicas em pacientes 10. O dispositivo electrónico conformada montado perto dos tecidos da ferida capta a fase de inflamação (de um processo de cicatrização de feridas), causado pelo aumento do fluxo de sangue e reacções enzimáticas para a ferida 11,12, através de gravação quantitativa de temperatura 8 e condutividade térmica 13, correlacionada com a hidratação . Estudos experimentais e computacionais determinar um projeto ótimo mecânica para accommodComeram movimentos naturais e aplicado estirpes sem fractura mecânica e capturar a física subjacente do alongamento mecânico do sistema electrónico semelhante à da pele que laminados conformalmente na superfície da pele, que proporciona a aquisição dos sinais de alta fidelidade. Os protocolos descritos neste artigo apresentamos os métodos de microfabricação para sistemas eletrônicos de pele-like, testando preparação, incluindo a limpeza do dispositivo, a instalação do equipamento em um ambiente clínico, e aplicações clínicas para a monitorização quantitativa de temperatura e condutividade térmica em feridas cutâneas.

<table><tbody><tr><td>Wafer de silício de 3</td>" <td>University Wafer, EUA</td><td></td><td>Use como suporte para fabricar o dispositivo</td></tr><tr><td>Acetona</td><td>Fisher Scientific, EUA</td><td>A18-1</td><td>Use para limpar um wafer e remover fotorresistente</td></tr><tr><td>Isopropanol (IPA)</td><td>Fisher Scientific, EUA</td><td>A459-1</td><td>Use para limpar um wafer</td></tr><tr><td>AZ4620 fotorresistente</td><td>AZ Materiais Eletrônicos, EUA</td><td></td><td>Use para fazer padrões em metais e polímeros</td></tr><tr><td>AZ400K revelador</td><td>AZ Materiais Eletrônicos, EUA</td><td></td><td>Use para desenvolver AZ4620 fotorresistente</td></tr><tr><td>Cromo gravante</td><td>Transeno, EUA</td><td>1020AC</td><td>Use para gravar a camada Cr do dispositivo Corrosão de</td></tr><tr><td>cobre</td><td>Transeno, EUA</td><td>ASP-100</td><td>Use para gravar a camada de do dispositivo</td></tr><tr><td>Sylgard 184 Kit de Elastômero de Silicone (PDMS)</td> <td>Dow Corning, EUA</td><td>39100000</td><td>Use como substrato para recuperação 'seca'</td></tr><tr><td>PI2545 poliimida</td><td>HD MicroSystem, EUA</td><td></td><td>Use para encapsular a camada de metal</td></tr><tr><td>Solaris</td><td>Smooth-On, EUA</td><td></td><td>Use como substrato e para encapsular dispositivo</td></tr><tr><td>Petridish</td><td>Carolina, EUA</td><td>741255</td><td>Use como molde para fazer substrato</td></tr><tr><td>Fita de solda por onda solúvel em água 5414</td><td>3M, EUA</td><td>AM000000217</td><td>Use para recuperar o dispositivo da camada PDMS</td></tr><tr><td>Fluxo de aço inoxidável líquido de alta atividade</td><td>Worthington, EUA</td><td>331929</td><td>Use para remover a camada de oxidação no</td></tr><tr><td>cabo flexível de microfilme</td><td>de Elform, EUA</td><td></td><td>Use para fazer a conexão elétrica entre o dispositivo eletrônico e o sistema de aquisição de dados</td></tr><tr><td>pH Neutral Cleaner</td><td>Australian Gold, USA</td><td></td><td>Use como solução desinfetante para limpar o dispositivo em testes clínicos</td></tr><tr><td>Solda</td><td>Kester, EUA</td><td>24-6337-9703</td><td>Use como material para soldar fios rígidos</td></tr><tr><td>Lâmpada ultravioleta</td><td>Cole-Parmer, EUA</td><td>97600-00</td><td>Use para ativar a camada PDMS como superfície hidrofílica</td></tr><tr><td>Multiplexador</td><td>FixYourBoard, EUA</td><td>U802</td><td>Use para adquirir medições de seis componentes de detecção&nbsp;</td></tr><tr><td>Fonte de corrente CC/CA</td><td>Keithley, EUA</td><td>6221</td><td>Use para fornecer corrente</td></tr><tr><td>SMD Estação digital de retrabalho de ar quente</td><td>Aoyue, China</td><td>968A+</td><td>Use para soldar fios rígidos, para conectar eletricamente entre o dispositivo e instrumentos externos</td></tr><tr><td>Câmera infravermelha</td><td>FLIR, EUA</td><td>435-0001-01-00</td><td>Use para tirar imagens infravermelhas em experimentos</td></tr><tr><td>Multímetro digital</td><td>Fluke, EUA</td><td>117</td><td>Use para verificar a conexão elétrica</td></tr><tr><td>Amplificador de bloqueio</td><td>Stanford Research System, EUA</td><td>SR830</td><td>Use para realizar a medição de sonda de quatro pontos</td></tr><tr><td>Evaporador de feixe de elétrons</td><td>Escala 9 Produtos de vácuo, EUA</td><td></td><td>Use para depositar filmes finos (e SiO2)</td></tr></tbody></table>

fabricação e caracterização de um sistema eletrônico conformal-pele como para a gestão quantitativa, ferida cutânea

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

Avanços recentes no desenvolvimento de tecnologias eletrônicas e dispositivos biomédicos oferecem oportunidades para avaliação quantitativa e não invasiva da cicatrização de feridas cutâneas na pele. Os métodos existentes, no entanto, ainda dependem de inspeções visuais por meio de várias ferramentas e dispositivos microscópicos que normalmente incluem sistemas sofisticados e de alto custo e exigem pessoal bem treinado para operação e análise de dados. Aqui, descrevemos métodos e protocolos para fabricar um sistema eletrônico conforme, semelhante à pele, que permite a laminação isolante na superfície da pele perto dos tecidos da ferida, o que fornece o registro de sinais elétricos de alta fidelidade, como temperatura da pele e condutividade térmica. Os métodos de fabricação do dispositivo fornecem detalhes da preparação passo a passo do sistema microeletrônico que é completamente fechado com materiais de silicone elastomérico para oferecer isolamento elétrico. O estudo experimental apresenta características multifuncionais, biocompatíveis, à prova d'água, reutilizáveis e flexíveis/elásticas do dispositivo para aplicações clínicas. Os protocolos de testes clínicos fornecem uma visão geral e um processo sequencial de limpeza, configuração de testes, operação do sistema e aquisição de dados com componentes eletrônicos semelhantes à pele, montados suavemente em tecidos hipersensíveis, cutâneos e contralaterais dos pacientes.

A Figura 1 apresenta uma visão geral das características do conformada, sistema eletrônico de pele semelhante, projetado para quantitativa, gestão de feridas cutâneas em pacientes. O dispositivo eletrônico multifuncional consiste em estruturas de microescala fractal 3,14 e serpentina filamentar traça 9,17 em uma fina membrana elastomérica que oferece capacidade de estiramento mecânico excepcional e bendability. O dispositivo compatível que é totalmente fechado por camadas de silico...

Este artigo apresenta métodos para fabricar e caracterizar um sistema eletrônico semelhante à pele e protocolos para uso em aplicações clínicas, particularmente no tratamento de feridas cutâneas.

Fabricação e caracterização de um Sistema Eletrônico Conformal-pele como para a gestão quantitativa, Ferida Cutânea

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

O objetivo geral deste procedimento é fabricar um dispositivo eletrônico semelhante à pele para o gerenciamento quantitativo de feridas cutâneas. Isso é realizado primeiramente desenvolvendo um dispositivo eletrônico sobre um substrato transportador. O segundo passo é preparar uma membrana elastomérica para embutir a eletrônica.Em seguida, os dispositivos eletrônicos fabricados são retirados do composto de fabricação e transferidos para a membrana. Os passos finais consistem em revestir os dispositivos com uma camada de silicone e conectar um cabo flexível para aquisição de dados. O dispositivo concluído é laminado próximo ao tecido da ferida de um paciente para monitorar o tempo, a temperatura variável e a condutividade térmica do tecido no gerenciamento da ferida.A principal vantagem deste dispositivo em comparação com ferramentas existentes baseadas em inspeções visuais microscópicas é que ele pode fornecer monitoramento quantitativo multifuncional de temperatura e condutividade térmica próxima ao tecido da ferida. O dispositivo macio, biocompatível e aderente à pele oferece as funções e características necessárias para uso em ambientes clínicos, tendo grande potencial para abordar questões importantes no tratamento de feridas crônicas. Este protocolo de centrifugação pode ser realizado em lâminas de silício de qualquer tamanho.Para iniciar, desengrase os wafer com acetona e álcool isopropílico. Em seguida, enxágue-os com água deionizada e seque-os sob fluxo de nitrogênio. Desidrate o wafer por três minutos em uma placa aquecida ajustada a 110 graus Celsius.Agora, aplique por centrifugação cinco gramas de PDMS sobre as pastilhas a 3000 RPM durante um minuto, concluindo o processo com a cura das pastilhas em uma placa aquecida ajustada a 150 graus Celsius por meia hora. Após tratar por UV as pastilhas revestidas com PDMS por três minutos, aplique por centrifugação poliamida sobre as pastilhas. Adicione dois mililitros com uma pipeta e gire a 4.000 RPM durante um minuto para obter uma camada de 1,2 mícron.Em seguida, pré-aqueça as pastilhas em uma placa quente a 150 graus Celsius por cinco minutos e as asse em forno a 250 graus Celsius por duas horas. A seguir, utilizando uma deposição por evaporação com feixe de elétrons, deposite uma camada de 20 nanômetros de espessura de cromo para adesão, seguida por uma camada de três mícrons de espessura de cobre para condutividade. Em seguida, aplique dois mililitros de fotoresina nas pastilhas por centrifugação em três etapas, obtendo uma camada inferior a 10 mícrons.Agora, cure as pastilhas em uma placa aquecida a 75 °C por 30 minutos. Em seguida, utilize um alinhador de UV a 10 mW/s para centralizar o padrão eletrônico de cobre na pastilha. Utilize um tempo de exposição de 25 segundos.Um padrão fractal é utilizado para fabricar sensores e uma malha aberta é criada para os interconectores. Desenvolva a resistência fotográfica em solução reveladora a 33% por um minuto. Em seguida, enxágue os chips com água desionizada e seque-os sob um fluxo de nitrogênio.Antes de prosseguir, verifique os padrões em um microscópio quanto a defeitos. Em seguida, grave o cobre no wafer utilizando um banho de seis minutos em solução de ataque químico. Após a gravação, enxágue e seque os wafers.Como antes, verifique os padrões gravados ao microscópio, pois uma supergravação superior a 20% leva a falhas mecânicas. Para gravar a camada de cromo, utilize cinco minutos de gravação iônica reativa. Após verificar a gravação, remova as resistências fotográficas remanescentes com 10 mililitros de acetona, seguidos por 10 mililitros de isopropanol.E, em terceiro lugar, 20 mililitros de água deionizada. Após os banhos, seque as pastilhas sob fluxo de nitrogênio. Para este protocolo, prepare 10 gramas de uma mistura de silicone encapsulante para o material-alvo sobre o qual os dispositivos eletrônicos serão transferidos para uma placa de Petri de 10 centímetros de largura.Aplicar por centrifugação, oito gramas da mistura a 150 RPM durante um minuto. Para um revestimento de silicone de meio milímetro. Deixe curar durante a noite à temperatura ambiente.Em seguida, fixe pedaços de fita solúvel em água nos chips de padrão para atuar como uma superfície laminada para os padrões eletrônicos. Após fixar a fita, aqueça as pastilhas por três minutos a 130 graus Celsius. Em seguida, remova rapidamente a fita para destacar e recuperar os componentes eletrônicos sobre os padrões de recuperação.Utilize a evaporação por feixe eletrônico para depositar 20 nanômetros de cromo para melhor adesão. Em seguida, deposite 50 nanômetros de dióxido de silício sobre a camada de cromo. Agora recupere a camada de silicone e trate-a com luz UV de 365 nanômetros por dois minutos a 8,9 miliwatts por centímetro quadrado.Isso ativa a superfície com o silicone ativado. Pressione os componentes eletrônicos recuperados contra o silicone, distribuindo-os uniformemente sobre o material de destino. Em seguida, trate a fita com água para dissolvê-la e, após cinco minutos, remova a fita.Em seguida, lave a silicone com água deionizada e seque em uma placa quente a 90 graus Celsius por um minuto. Para criar o dispositivo, comece cobrindo os pads de contato com um pedaço retangular de PDMS usando a força de ligação de Vander Wall. Agora, para transferir os eletrônicos, centrifugue cinco gramas da mistura de silicone encapsulada a 4.000 RPM por um minuto.Isso forma uma camada com cinco mícrons de espessura, que é curada durante a noite à temperatura ambiente. No dia seguinte, limpe os pads do sensor com meio mililitro de fluxo líquido para aço durante três segundos. Em seguida, fixe um cabo flexível em fita aos pontos de contato aplicando pressão e calor acima de 60 graus Celsius.Verifique as conexões com um multímetro. A resistência entre a pastilha do sensor e o cabo da película distantes um centímetro deve ser inferior a um ohm. Una a outra extremidade do cabo flexível a uma placa de circuito personalizada da mesma maneira. Por fim, conecte o dispositivo ao hardware de aquisição de dados soldando fios convencionais à placa de circuito impresso (PCB).Utilizando o protocolo descrito, o dispositivo sensor eletrônico foi fabricado. A flexibilidade do dispositivo foi analisada. Não ocorreu fratura mecânica sob deformação trativa e o dispositivo permaneceu funcional.A resistência em seis locais do sensor foi medida utilizando uma placa aquecida de alta precisão. Houve uma relação linear, indicando que os sensores estavam bem calibrados para detectar alterações sutis de temperatura. Além disso, um sinal três ômega adaptado foi utilizado para avaliar a condutividade térmica com o dispositivo em um ambiente clínico.O dispositivo foi utilizado para monitorar a cicatrização de feridas após cirurgia por até um mês. Assim, a temperatura do processo de cicatrização foi medida. Houve inflamação intensa no local da ferida no terceiro dia, o que se reflete no pico de temperatura medido pelo dispositivo.Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como fabricar um dispositivo elétrico esquêmico conformal para o manejo quantitativo de feridas em pacientes.

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioengenharia

Um dual-mode sistema de imagens foi desenvolvido para não-contato avaliação da oxigenação dos tecidos cutâneos e na função vascular.

Dual-mode de imagem de oxigenação dos tecidos cutâneos e Função Vascular

O objetivo deste protocolo é construir um equivalente tridimensional de pele de espessura total, que se assemelhe à pele natural. Com um dispositivo de ferimento automatizado especificamente construído, feridas precisas e reprodutíveis podem ser geradas sob manutenção de esterilidade.

Geração de espessura completa tridimensional Pele Equivalente e Automated Ferimento

Aqui, apresentamos um protocolo para gerar um modelo de pele simplificado e indiferenciado tridimensional usando uma plataforma microfluida micromaquinda. Uma abordagem de fluxo paralelo permite a deposição in situ de um compartimento dérmico para a semeadura de células epiteliais em cima, todas controladas por bombas de seringa.

Geração de um modelo simplificado de pele em um chip tridimensional em uma plataforma microfluida micromaquinda

Duas tecnologias recentes- tatuagem e têxteis - demonstraram resultados promissores em sensoriamento cutâneo. Aqui, apresentamos os métodos de fabricação e avaliação de tatuagens e eletrodos têxteis para sensoriamento eletrofisiológico cutâneo. Essas interfaces eletrônicas feitas de polímeros condutores superam os padrões existentes em termos de conforto e sensibilidade.

Eletrodos vestíveis conformáveis: da fabricação à avaliação eletrofisiológica

As feridas representam um desafio de saúde global. Este estudo desenvolveu uma cabine fotográfica padronizada utilizando planimetria digital para minimizar a variabilidade da medição da ferida. O monitoramento de feridas em camundongos ao longo de 14 dias revelou um aumento inicial na área e no perímetro da ferida, seguido de fechamento gradual. Essa metodologia pode auxiliar na avaliação da cinética de fechamento de feridas em modelos pré-clínicos.

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Dois fluidos adjacentes que passam por um canal microfluido ranhurado podem ser direcionados para formar uma baia em torno de um núcleo prepolímero; determinando, assim, tanto a forma quanto a seção transversal. A polimerização fotoincializada, como a química do clique de tiol, é adequada para solidificar rapidamente o fluido do núcleo em uma microfibra com tamanho e forma predeterminados.

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Aprenda a fabricar um dispositivo eletrônico conforme à pele para gestão quantitativa de feridas cutâneas. Este método permite monitorar temperatura e condutividade térmica em tempo real, melhorando os resultados clínicos no tratamento de feridas crônicas.

Fabricação e caracterização de um Sistema Eletrônico Conformal-pele como para a gestão quantitativa, Ferida Cutânea

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