В этой статье представлены методы изготовления и характеристики конформной, похожей на кожу электронной системы и протоколы для использования в клинических приложениях, особенно при лечении кожных ран.
Методическая статья
В этой статье представлены методы изготовления и характеристики конформной, похожей на кожу электронной системы и протоколы для использования в клинических приложениях, особенно при лечении кожных ран.
Последние достижения в развитии электронных технологий и биомедицинских устройств открывают возможности для неинвазивной, количественной оценки заживления кожных ран на коже. Существующие методы, однако, по-прежнему основаны на визуальном контроле с помощью различных микроскопических инструментов и устройств, которые обычно включают в себя дорогостоящие, сложные системы и требуют хорошо обученного персонала для работы и анализа данных. В этой статье мы описываем методы и протоколы для создания конформной, похожей на кожу электронной системы, которая обеспечивает конформное ламинирование поверхности кожи вблизи тканей раны, что обеспечивает запись электрических сигналов высокой точности, таких как температура кожи и теплопроводность. Методы изготовления устройства позволяют детально провести поэтапную подготовку микроэлектронной системы, которая полностью закрыта эластомерными силиконовыми материалами для обеспечения электрической изоляции. В экспериментальном исследовании представлены многофункциональные, биосовместимые, водонепроницаемые, многоразовые и гибкие/растягивающиеся характеристики устройства для клинического применения. Протоколы клинических испытаний обеспечивают обзор и последовательный процесс очистки, настройки тестирования, работы системы и сбора данных с помощью электроники, похожей на кожу, аккуратно установленной на гиперчувствительных кожных ранах и контралатеральных тканях пациентов.
В клиническом исследовании и биомедицинских исследований, мониторинг заживления ран была сосредоточена на инвазивной методом, основанным на гистологической оценки тканевой морфологическое изменение в ран 1,2. Недавно, быстрые достижения в электронных технологий способствовать развитию высокоточных изображений и инструменты анализа, которые могут визуально осмотреть рану процесс заживления с помощью цифровых изображений 3,4 или конфокальной сканирующей микроскопии и спектроскопии 4,5. Однако эти подходы требуют изображений высокой стоимости, сложные оптические инструменты и операции, и что более важно, пациенты должны быть иммобилизованы в ходе испытаний. Таким образом, существует потребность в новых устройств и систем, которые количественное, неинвазивным, легко в использовании, недорогой и многофункциональный предложить более точную управления раны.
Здесь мы вводим электронную систему кожи, как, что обеспечивает точную, в режиме реального времени отображение температурных и тепловых conductivity и обеспечивает точный уровень нагрева при раневых участков через конформной ламинирования устройства неинвазивно. Это устройство представляет собой класс технологий, кожи монтажа эпидермиса электронных систем, которые предназначены, чтобы соответствовать механическим и свойств материала (общая толщина, жесткость на изгиб, эффективных модулей, и массовая плотность) эпидермиса 6-9.
Устройство предназначено в биосовместимого, для кожи, водостойкость, и многоразовые формы, которые могут быть промываться и дезинфицироваться для клинического применения на пациентах 10. Конформный электронное устройство монтируется рядом с раневых тканей захватывает фазу воспаления (один из раневого процесса), вызванный увеличением кровотока и ферментативных реакций в ране 11,12, через количественного записи температуры 8 и теплопроводности 13 коррелирует с гидратации , Экспериментальные и расчетные исследования определить оптимальную конструкцию механики accommodели естественные движения и применяются без механического напряжения перелома и захватить основные физику растяжения механику кожи, как электроника, что ламинаты конформно на поверхности кожи, которая предлагает приобретение высоких сигналов верности.
Протоколы, описанные в этой статье представить методы микротехнологий для кожи, как электронных систем, в том числе подготовку тестирования очистки устройства, установки оборудования в клинических условиях, и клинических приложений для количественного мониторинга температуры и теплопроводности на кожных ран.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Эксперименты для изготовления устройства, ламинирование кожи, и характеристики показаны на рисунках 1, 2 и 4 участвуют два добровольцев, все выполняемые в Био-интерфейсом Наноинженерия лаборатории Университета Содружества Вирджиния (VCU), Richmond, VA, США. Это исследование было одобрено VCU институциональной наблюдательного совета (номер протокола: HM20001454) и на основе результатов исследования принципов из исследований человеческого VCU. Данные устройства и клинические показанные на рисунках 3 и 5 были приобретены из опубликованной статьи 10, где были проведены эксперименты на пациентах в соответствии с протоколом (номер: STU69718), утвержденного институционального наблюдательного совета, Северо-Западного университета, Чикаго, Иллинойс, США.
Изготовление 1. Устройство
ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке 2 представлены схематические иллюстрации для общего процесса изготовления.
2. Клинические испытания
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Рисунок 1 представляет собой обзор характеристик конформной, кожи, как электронной системы, предназначенные для количественного, кожной раны на управление пациентов. Многофункциональный электронный прибор состоит из микромасштабных фрактальных структур 3,14 и нитевидный серпантин прослеживает 9,17 на тонкой эластомерной мембраной, которая предлагает исключительную механическую растяжимость и изгибу. Совместимое устройство, которое полностью окружен силиконовых слоев позволяет нежны...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этой статье освещаются методы и протоколы изготовления конформной, похожей на кожу электронной системы, которая позволяет конформное ламинирование вблизи тканей раны, что обеспечивает количественное измерение температуры кожи и картирование теплопроводности на коже.
Ключевые особенности включают использование новых методов печати с переносом материалов и интеграцию жестких и мягких материалов для проектирования и разработки гибких/растягивающихся, мягких электронных устройств. Использование...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Эта работа была поддержана финансирование запуска из Инженерной школы, Университета Содружества Вирджинии, и некоторые из электронных устройств были подготовлены на микроструктур объектов в Райт Вирджиния микроэлектроники центра. Мы признаем, исследователей, которые внесли взносы для устройства и клинических данных (рисунки 3 и 5 в этом документе), полученной из опубликованной статьи 10. У.-HY благодаря Ёшиаки Хаттори для заказного программного обеспечения, записи данных.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 3" Кремниевая пластина | University Wafer, США | Использование в качестве носителя для изготовления устройства | |
| Ацетон | Fisher Scientific, США | A18-1 | Использование для очистки пластины и удаления фоторезиста |
| Изопропанол (IPA) | Fisher Scientific, США | A459-1 | Использование для очистки пластины |
| AZ4620 фоторезист | AZ Electrionic Materials, США | Использование для создания узоров на металлах и полимеры | |
| AZ400K проявитель | AZ Electrionic Materials, США | Использование для разработки фоторезиста AZ4620 | |
| Хромовый этрант | Transene, США | 1020AC | Использование для травления Cr-слоя устройства |
| Медный травитель | Transene, США | ASP-100 | Использование для травления Cu-слоя устройства |
| Sylgard 184 Комплект силиконового эластомера (PDMS) | Dow Corning, США | 39100000 | Использовать в качестве подложки для 'сухой' отработки |
| PI2545 полиимид | HD MicroSystem, США | Использовать для герметизации металлического слоя | |
| Solaris | Smooth-On, США | Использовать как подложку и для герметизации устройства | |
| Petridish | Carolina, США | 741255 | Использовать в качестве формы для изготовления подложки |
| Водорастворимая волновая паяльная лента 5414 | 3M, США | AM000000217 | Используется для извлечения устройства из слоя PDMS |
| Высокоактивная жидкая нержавеющая сталь Flux | Worthington, США | 331929 | Используется для удаления слоя окисления на Cu |
| Flexible, микропленочный кабель | Elform, США | Используется для создания электрического соединения между электронным устройством и системой сбора данных | |
| Нейтральный очиститель pH | Australian Gold, США | Использование в качестве дезинфицирующего раствора для очистки устройства в клинических испытаниях | |
| Припой | Кестер, США | 24-6337-9703 | Использование в качестве материала для пайки жестких проводов |
| Ультрафиолетовая лампа | Cole-Parmer, США | 97600-00 | Использование для активации слоя PDMS в качестве гидрофильной поверхности |
| Мультиплексор | FixYourBoard, США | U802 | Использование для получения измерений от шести чувствительных компонентов |
| Источник постоянного и переменного тока | Keithley, США | 6221 | Использовать для подачи тока |
| SMD Цифровая термовоздушная паяльная станция | Aoyue, Китай | 968A+ | Использовать для пайки жестких проводов, для электрического соединения между устройством и внешними инструментами |
| Инфракрасная камера | FLIR, США | 435-0001-01-00 | Использовать для получения инфракрасных изображений в эксперименте |
| Цифровой мультиметр | Fluke, США | 117 | Используется для проверки электрического соединения |
| Усилитель с блокировкой | Стэнфордская исследовательская система, США | SR830 | Используется для измерения с помощью четырехточечного зонда |
| Электронно-лучевой испаритель | 9 шкал Вакуумные продукты, США | Используется для осаждения тонких пленок (Cu и SiO2) |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение