Полые микроиглы на основе датчиков для электрохимических мультиплексный Трансдермальные зондирования

Общая цель данной процедуры заключается в изготовлении мультиплексного сенсора на основе микроигл для трансдермального электрохимического детектирования различных целевых аналитов, которые могут измеряться одновременно. На первом этапе изготавливают массивы полых микроигл с помощью литографии с использованием жертвенного слоя и создают полости для массива электродов методом лазерной микрообработки. Затем готовят отдельные углеродные пасты и заполняют ими полости массива электродов.

Затем откалибруйте каждую из угольных паст в диапазоне физиологически значимых концентраций. В итоге создается трансдермальное электрохимическое устройство для исследований in vivo, способное одновременно измерять несколько аналитов в сложных физиологических микросредах для ряда биомедицинских применений. Основным преимуществом данной методики по сравнению с существующими методами является возможность проведения мультиплексного сенсинга минимально инвазивным способом.

Данное устройство может быть использовано в качестве исследовательского инструмента для измерения острых медицинских реакций, изучения адаптационных процессов при физических нагрузках и мониторинга заболеваний кожи. Возможности этого InVivo микроигольчатого сенсора распространяются на диагностику кожных опухолей, поскольку микроокружение опухоли может служить индикатором ее пролиферации и метастазирования. Наша цель при разработке этого устройства — использовать массивы микроигл в качестве минимально инвазивного механизма для получения дермальной интерстициальной жидкости с целью проведения электрохимического анализа.

Начните с работы в программном обеспечении для трехмерного моделирования SolidWorks, где спроектируйте массив полых микроигл пирамидальной формы. Затем с помощью программного обеспечения Magic's RP 13 спроектируйте поддерживающую структуру, которая послужит основанием для формирования микроигл. Далее управляйте процессом изготовления, используя специализированное ПО RP.

Загрузите файлы связанного основания и массива микроигл. Затем выберите количество изготавливаемых массивов микроигл и определите расположение устройств на пластине для изготовления в системе быстрого прототипирования Pery. Выберите ультрафиолетовый режим мощностью 100 milliwatts и выполните процедуру калибровки.

Убедитесь, что отклонение энергии находится в пределах плюс или минус 2 mW. После завершения изготовления массива микроигл снимите его с базовой пластины. Проведите промывку изопропанолом в течение 15 минут.

Затем высушите массивы сжатым воздухом, чтобы обеспечить полную полимеризацию. Отверждайте микроиглы при комнатной температуре в течение 50 секунд. Исследуйте микроиглы с помощью световой микроскопии.

Убедитесь, что канал каждой полностью изготовленной микроиглы полый и не заблокирован. Обнажите нижележащие индивидуально адресуемые соединительные медные провода в плоском гибком кабеле. Создайте шаблоны для лазерной абляции и отправьте эти шаблоны в систему лазерного излучения.

Теперь поместите кабели в кондуктор для их правильного выравнивания на пластине для лазерной абляции; используя метод фрезерования, создайте полости диаметром 500 микрометров в изолирующей части гибкого кабеля. Очистите модифицированные плоские гибкие кабели с помощью аэрографа, распыляющего ацетон при давлении 40 PSI, затем промойте изопропанолом и деионизированной водой, контролируя процесс под световым микроскопом.

Убедитесь, что на открытых медных полосках не осталось изоляционной пленки. Следующим шагом является создание удерживающей полости для угольных паст с помощью ленты ABL melanox, содержащей односторонний акриловый адгезив, чувствительный к давлению, в том же шаблоне, который использовался ранее для электродных полосок. Теперь расположите ленту над абляционными электродными полосками.

Прижмите ленту, чтобы обеспечить надежное соединение. Затем удалите защитный слой с двухсторонней ленты Melin X и выровняйте ее для обеспечения сцепления между массивами микроигл и массивами электродов из угольной пасты. Смешайте 10 mg глюкозооксидазы и 2,2 mg полиэтилениммина до получения однородной глюкозочувствительной угольной пасты.

Затем добавьте 60 milligrams порошка родия на угле и смешайте с 40 milligrams минерального масла. Храните пасту при температуре four degrees Celsius. Для pH-чувствительной угольной пасты смешайте 30% минерального масла и 70% графитового порошка. Используя тонкий кусочек пластика в качестве шпателя, плотно заполните полость электрода пастой до достижения гладкой поверхности.

Повторяйте процедуру со второй чистой лодочкой для взвешивания до полного удаления излишков пасты. Затем промойте деионизированной водой. После этого нанесите каплю свежеприготовленного раствора fast blue объемом 20 µL на электрод с плотно упакованной пастой.

После 30-минутной инкубации промойте угольную пасту, чувствительную к лактату, деионизированной водой. Смешайте 2,5 milligrams порошка родия на угле с 2,5 milligrams лактатоксидазы. Поочередно проводите ультразвуковую обработку в течение пяти минут и перемешивание на вортексе в течение пяти минут, повторив этот цикл пять раз.

Затем поместите пасту в полость электрода. В завершение промойте деионизированной водой для определения лактата. Измерьте хроно- и параметрический отклик сенсора и зафиксируйте значение тока через 15 секунд для определения глюкозы.

Измерьте хроноамперометрический отклик датчика для последовательного построения калибровочных кривых для датчиков лактата и глюкозы. Перед началом хроноамперометрических измерений добавьте соответствующий аналит. В качестве альтернативы можно проводить хроноамперометрические измерения при фиксированном потенциале в условиях перемешивания.

Оставляйте достаточное время между добавлением каждого аналита для стабилизации тока. Для мониторинга pH проводите циклические вольтамперометрические сканирования и фиксируйте значения потенциала пика окисления; постройте калибровочные кривые pH, измеряя положение потенциала пика окисления на зарегистрированных циклических вольтамперограммах для ряда известных значений pH. Процесс создания мультиплексного сенсора на основе микроигл начинается с проектирования массива микроигл в SolidWorks, а затем с проектирования опорных конструкций в Magic's RP 13.

На этих микрофотографиях, полученных с помощью сканирующего электронного микроскопа, показан массив микроигл и отдельная микроигла этого массива. Сенсорная платформа датчика на основе микроигл создана путем использования лазерной абляции для формирования массивов электродов в плоском гибком кабеле с последующим заполнением этих массивов угольной пастой. Электрокаталитические реакции для глюкозы и лактата представлены вместе с рабочими параметрами детектирования.

Эта типичная калибровка чувствительной к лактату пасты с 15-секундными хронометрическими сканированиями показывает, что каждое увеличение тока соответствует добавлению 2 мМ лактата. Для этого используется одно непрерывное хронометрическое сканирование, в то время как калибровка сенсора по глюкозе осуществляется путем добавления определенных концентраций глюкозы с последующим дожиданием стабилизации тока. На этой схеме представлены электрокаталитические реакции для определения кислотности; здесь показаны циклические вольтамперограммы pH-чувствительной микроиглы в 0,1 М фосфатном буфере для четырех различных растворов со значениями pH от 5 до 8 с шагом в одну единицу.

Поскольку потенциал окислительного пика смещается при увеличении значений pH, это явление используется в качестве индикатора значения pH. При должном навыке данное устройство может быть изготовлено за два дня. При выполнении этой процедуры важно отметить, что различные виды углеродных материалов утратят свою селективность при смешивании друг с другом.

После выполнения данной процедуры к электродной матрице можно добавить дополнительные селективные углеродные электроды для мониторинга других аналитов в коже. Разработка этого устройства может открыть исследователям в области носимых сенсоров путь к проведению медицинской диагностики и изучению фундаментальных вопросов биомедицинской науки.