Изготовление и характеристика конформной кожей, как электронная система Количественный, кожный ран управления

Общая цель данной процедуры заключается в изготовлении электронного устройства, имитирующего кожу, для количественного контроля заживления кожных ран. Для этого сначала разрабатывается электронное устройство на подложке-носителе. На втором этапе подготавливается эластомерная мембрана для встраивания электроники.

Затем изготовленные электронные компоненты извлекают из fabricating compound и переносят на мембрану. Заключительные этапы включают покрытие электроники слоем силикона и подключение гибкого кабеля для сбора данных. Готовое устройство ламинируется в области раневой поверхности пациента для мониторинга времени, изменений температуры и теплопроводности тканей в целях контроля за процессом заживления ран.

Основным преимуществом данного устройства по сравнению с существующими инструментами, основанными на микроскопическом визуальном осмотре, является то, что оно обеспечивает многофункциональный количественный мониторинг температуры и теплопроводности в области тканей раны. Мягкое биосовместимое устройство, которое фиксируется на коже, обладает функциональными характеристиками для применения в клинических условиях и имеет большой потенциал для решения важных проблем при лечении хронических ран. Данный протокол центрифугирования (spin coating) может быть выполнен на кремниевых пластинах любого размера.

Для начала обезжирьте пластины ацетоном и изопропиловым спиртом. Затем промойте их деионизированной водой и высушите в потоке азота. Дегидратируйте пластину в течение трех минут на нагревательной плитке, установленной на 110 °C.

Теперь нанесите пять граммов PDMS на подложки методом центрифугирования при 3000 RPM в течение одной минуты, затем завершите процесс, подвергнув подложки отверждению на нагревательном столе при 150 °C в течение получаса. После УФ-обработки подложек с покрытием из PDMS в течение трех минут нанесите полиамид методом центрифугирования. С помощью пипетки нанесите два миллилитра состава и центрифугируйте при 4 000 RPM в течение одной минуты для получения слоя толщиной 1.2 micron.

Затем проведите предварительный обжиг пластин на нагревательной плите при 150 °C в течение пяти минут, а после этого обжгите их в печи при 250 °C в течение двух часов. Далее методом электронно-лучевого испарения нанесите слой хрома толщиной 20 nm для адгезии, а затем слой меди толщиной 3 µm для обеспечения проводимости. После этого нанесите на пластины 2 мл фоторезиста методом центрифугирования в три этапа для получения слоя толщиной менее 10 µm.

Теперь подвергните пластины отверждению на нагревательном планшете при температуре 75 °C в течение 30 минут. Затем с помощью УФ-выравнивателя при мощности 10 мВт/с отцентрируйте медный электронный рисунок относительно пластины. Время экспозиции должно составлять 25 секунд.

Для изготовления датчиков используется фрактальный паттерн, а для межсоединений — открытая сетка. Проявите фоторезист в 33%-ном растворе проявителя в течение одной минуты. Затем промойте чипы деионизированной водой и высушите их в потоке азота.

Перед продолжением работы проверьте паттерны под микроскопом на наличие дефектов. Затем проведите химическое травление меди на пластине, выдержав ее в травильном растворе в течение шести минут. После травления промойте и высушите пластины.

Как и прежде, проверьте вытравленные рисунки под микроскопом; перетравливание более чем на 20% приводит к механическим поломкам медных выводов. Для травления хромового слоя используйте реактивное ионное травление в течение пяти минут. После проверки травления удалите остатки фоторезиста с помощью 10 миллилитров ацетона, а затем 10 миллилитров изопропанола.

И в-третьих, 20 milliliters деионизированной воды. После обработки в ваннах высушите пластины потоком азота. Для данного протокола приготовьте 10 grams инкапсулирующей силиконовой смеси для целевого материала, на который будут перенесены электронные компоненты, в чашке Петри шириной 10 centimeter.

Нанесите восемь граммов смеси методом центрифугирования при 150 RPM в течение одной минуты для получения силиконового покрытия толщиной 0,5 мм. Оставьте образец для отверждения на ночь при комнатной температуре.

Затем нанесите отрезки водорастворимой ленты подходящего размера на чипы с шаблонами, чтобы они служили ламинирующей поверхностью для электронных структур. После прикрепления ленты подвергните пластины нагреву в течение трех минут при 130 °C. Затем быстро снимите ленту, чтобы отделить и перенести электронику на шаблоны для сбора.

Используйте электронно-лучевое испарение для нанесения слоя хрома толщиной 20 nanometers для улучшения адгезии. Затем нанесите слой диоксида кремния толщиной 50 nanometers на слой хрома. Извлеките слой силикона и подвергните его воздействию УФ-излучения с длиной волны 365 nanometer в течение двух минут при мощности 8.9 milliwatts per square centimeter.

Это активирует поверхность с активированным силиконом. Вдавите извлеченную электронику в силикон, равномерно распределив её по целевому материалу. Затем обработайте ленту водой для её растворения и через пять минут снимите ленту.

Затем промойте силикон деионизированной водой и высушите на плитке при 90 °C в течение одной минуты. Для создания устройства начните с того, что накройте контактные площадки прямоугольным кусочком PDMS, используя силы Ван-дер-Ваальсова взаимодействия. Теперь для создания переносимой электроники нанесите методом центрифугирования пять граммов инкапсулированной силиконовой смеси при 4 000 RPM в течение одной минуты.

В результате образуется слой толщиной 5 µm, который полимеризуется в течение ночи при комнатной температуре. На следующий день очистите контактные площадки сенсора, используя 0.5 mL жидкого стального флюса в течение трех секунд. Затем прижмите и припаяйте гибкий шлейф к контактным точкам, используя давление и нагрев свыше 60 °C.

Проверьте соединения с помощью мультиметра. Сопротивление между контактной площадкой датчика и шлейфовым кабелем на расстоянии одного сантиметра должно составлять менее одного ома; аналогичным образом припаяйте другой конец шлейфового кабеля к специализированной печатной плате. В завершение подключите устройство к оборудованию для сбора данных, припаяв обычные провода к печатной плате.

С помощью описанного протокола было изготовлено электронное сенсорное устройство. Была исследована гибкость устройства. Механического разрушения при растяжении не наблюдалось, и устройство сохранило работоспособность.

Сопротивление в шести точках расположения датчиков измеряли с помощью высокоточной нагревательной плиты. Была выявлена линейная зависимость, свидетельствующая о том, что датчики хорошо откалиброваны для обнаружения незначительных изменений температуры. Кроме того, для оценки теплопроводности устройства в клинических условиях использовался модифицированный сигнал трех омега.

Устройство использовалось для мониторинга заживления раны после операции в течение одного месяца. Таким образом измерялась температура в процессе заживления раны. На третий день в области раны наблюдалось интенсивное воспаление, что отразилось в скачке температуры, зафиксированном устройством.

После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о том, как изготовить конформное схематическое электрическое устройство для количественного контроля заживления ран у пациентов.