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Bioengineering

Fabbricazione e la caratterizzazione di un Conformal pelle simile sistema elettronico di gestione quantitativa, cutanea Ferita

Published: September 2, 2015 doi: 10.3791/53037
Automatic Translation
1, 1, 1, 1,2,3
1Department of Mechanical and Nuclear Engineering, Virginia Commonwealth University, 2Center for Rehabilitation Science and Engineering, Virginia Commonwealth University, 3Massey Cancer Center, Virginia Commonwealth University

Introduction

In studio clinico e della ricerca biomedica, il monitoraggio di guarigione della ferita si è concentrata su un metodo invasivo che si basa sulla valutazione istologica del tessuto variazione morfologica nelle ferite 1,2. Recentemente, rapidi progressi nelle tecnologie elettroniche consentono lo sviluppo di immagini e strumenti di analisi di alta precisione in grado di ispezionare visivamente il processo di guarigione delle ferite attraverso l'imaging digitale 3,4 o la microscopia confocale a scansione e spettroscopia 4,5. Tuttavia, tali approcci di imaging richiedono costi elevati, strumenti ottici complessi e operazioni, e, soprattutto, i pazienti devono essere immobilizzata durante la prova. Pertanto, esiste la necessità di nuovi dispositivi e sistemi che sono quantitative, non invasivo, facile da usare, poco costoso, e multifunzionale per offrire una gestione più accurata della ferita.

Qui, si introduce un sistema elettronico simil-pelle, che fornisce precise e in tempo reale la mappatura della temperatura e termiche conductivity e offre un livello preciso di riscaldamento nei siti della ferita via conformazionale laminazione del dispositivo non invasivo. Questo dispositivo presenta una classe di tecnologie, impianti a pelle epidermica elettronici che sono progettati per corrispondere alle proprietà meccaniche e dei materiali (spessore totale, rigidezza flessionale, moduli efficaci, e la densità di massa) dell'epidermide 6-9.

Il dispositivo è stato progettato in un,, impermeabile pelle-amichevole biocompatibile, e la forma riutilizzabile che può essere lavato e disinfettato per le applicazioni cliniche sui pazienti 10. Il dispositivo elettronico conforme montato vicino tessuti ferita cattura fase di infiammazione (uno dei processo di guarigione delle ferite), causata da un aumento del flusso sanguigno e reazioni enzimatiche alla ferita 11,12, attraverso la registrazione quantitativa di temperatura 8 e conducibilità termica 13, correlato alla idratazione . Studi sperimentali e computazionali determinano un design ottimale meccanica per alloggiomangiato movimenti naturali e applicate ceppi senza frattura meccanica e catturare fisica di base di stretching meccanica dell'elettronica pelle-like che laminati conformally sulla superficie della pelle, che offre acquisizione di segnali ad alta fedeltà.

I protocolli descritti in questo articolo presentano i metodi di microfabbricazione per sistemi elettronici simil-pelle, test di preparazione compresa la pulizia del dispositivo, l'installazione apparecchi in ambito clinico, e applicazioni cliniche per il monitoraggio quantitativo della temperatura e conducibilità termica sulle ferite cutanee.

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Protocol

Gli esperimenti per la fabbricazione del dispositivo, la laminazione della pelle, e la caratterizzazione riportati nelle figure 1, 2, e 4 coinvolti due volontari, tutte eseguite nel nanoingegneria Laboratorio Bio-interfacciato alla Virginia Commonwealth University (VCU), Richmond, VA, USA. Questo studio è stato approvato dal VCU Institutional Review Board (numero di protocollo: HM20001454) e ha seguito le linee di ricerca della VCU umano di ricerca. I dati del dispositivo e clinici illustrati nelle figure 3 e 5 sono stati acquisiti da questo articolo pubblicato 10 dove sono stati condotti gli esperimenti su pazienti con il protocollo (numero: STU69718) approvato dal Institutional Review Board, Northwestern University, Chicago, IL, USA.

Fabrication 1. Dispositivo

NOTA: La figura 2 presenta illustrazioni schematiche per l'intero processo di fabbricazione.

  1. Preparare un substrato di supporto
    1. Tagliare un bare 3 in silicio (Si) wafer nella dimensione desiderata dell'elettronica utilizzando una lama diamantata.
      NOTA: Circa la metà di Si wafer dà una dimensione ideale per il dispositivo ferita.
    2. Sgrassare Si cialda con acetone e alcool isopropilico (IPA). Lavare il wafer con acqua deionizzata (DI) e poi asciugare con azoto e disidratare su una piastra riscaldante a 110 ° C per 3 min.
    3. Preparare 11 g di polidimetilsilossano (PDMS) miscela con rapporto 10: 1 volume di base e induritore e degassare la miscela in una camera a vuoto per un'ora.
      NOTA: PDMS viene utilizzato per un recupero modello asciutto e trasferire la stampa dopo la microfabbricazione, che è preferibile alla chimica umida (acetone) approccio sede dallo studio precedente 7.
    4. Spin coat 5 g di soluzione di PDMS mista su wafer a 3.000 rpm per 1 min e curare completamente su una piastra riscaldante a 150 ° C per 30 min.
  2. Materiali di deposito e di pattern elettronici
    1. Trattare il PDMS-cwafer oated con ultravioletti (UV) / ozono utilizzando una lampada UV (8,9 mW / cm 2) per 3 min a rendere la superficie idrofila.
      NOTA: La superficie idrofila offre rivestimento uniforme di strati supplementari sulle PDMS.
    2. Poliimmide Spincoat (PI; 2 ml) sulle PDMS rivestite wafer, pipettando, a 4.000 rpm per 1 min per formare uno strato di 1,2 micron di spessore, pre-cuocere su una piastra riscaldante a 150 ° C per 5 min, e post- cuocere in forno a 250 ° C per 2 ore.
    3. Deposito di cromo (Cr) per formare uno strato di 20 nm di spessore e poi depositare in rame (Cu) per formare uno strato di 3 micron di spessore mediante fascio elettronico (e-beam) di evaporazione (pressione di base: ~ 1 × 10 -7 Torr , pressione di deposizione: ~ 1 × 10 -6 Torr, velocità di deposizione: 1-5 Å / s). Monitorare lo spessore del film dall'interfaccia regolatore deposizione integrato nell'evaporatore.
      NOTA: Lo spesso strato di Cu fornisce sufficienti livelli di conducibilità elettrica sulle resistenze microscala del dispositivo e sottile strato di Crviene utilizzato per promuovere l'adesione tra PI e Cu.
    4. Spincoat un fotoresist (2 ml) con tre gradini 900 rpm per 10 sec, 1.100 rpm per 60 sec, e 4.000 rpm per 20 sec e poi curare su una piastra riscaldante a 75 ° C per 30 min.
      NOTA: Le fasi successive sopra descritte sono stati usati per depositare una spessa (> 10 micron) fotoresist.
    5. Allineate Cu elettronici modelli (sensori; frattale 'Peano' con 35 micron di larghezza e interconnessioni; disegno a griglia serpentina aperto con 50 micron di larghezza) al centro del Si wafer utilizzando un allineatore UV (potenza: 10 mW / sec) con il tempo di esposizione 25 s.
      NOTA: Le strutture frattali sono utilizzati per fornire elasticità meccanica superiore, rispetto al solo serpeggianti caratteristiche 14.
    6. Sviluppare il photoresist in uno sviluppatore di base diluito (rapporto 1: 2 di sviluppatore e acqua deionizzata) per un minuto, risciacquare con acqua deionizzata e asciugare con azoto. Controllare i modelli frattali (Cu e interconnessioni) utilizzando un microscopo di confermare la dimensione del tratto e trovare qualsiasi difetto da particolato.
      NOTA: Se ci sono difetti indesiderati, quindi rimuovere photoresist sciacquando con acqua acetone / IPA / DI. Dopo l'asciugatura con azoto, ripetere i passaggi da 1.2.4 a 1.2.6.
    7. Etch strato Cu sulla Si wafer immergendo in un agente di attacco chimico umido per ~ 6 min (10 ml; miscela di persolfato di ammonio e acqua in rapporto 1: 4; etch velocità di 8 nm / sec in 40 ° C), risciacquo con acqua deionizzata e asciugare con azoto. Controllare i modelli usando un microscopio per eventuali modelli over-incise.
      NOTA: Se i modelli sono sovra-incisi, può causare spigoli indesiderati di caratteristiche, che potrebbero portare a fratture meccanico durante la movimentazione del dispositivo e il processo di lavaggio. I risultati della prova precedenti hanno mostrato che più del ~ 20% over-incisione dei modelli originali causato i problemi di cui sopra.
    8. Etch lo strato di Cr con ioni reattivi (RIE; pressione: 300 mTorr, potenza: 200 W, CF 4 gas: 5 sccm, O 2 gas: 10 sccm) per 5 min. Controllare i modelli.
      NOTA: per l'attacco dello strato di Cr, il processo RIE è preferibile bagnare attacco chimico che provoca reazione sfavorevole con lo strato di Cu.
    9. Rimuovere il fotoresist rimaste sulle strati metallici immergendo il wafer in acetone (10 ml), IPA (10 ml) e acqua deionizzata (20 ml), rispettivamente. Quindi, asciugare con azoto.
    10. PI Spincoat (2 ml) sul wafer metallo depositato, pipettando, a 4000 rpm per 1 min per formare uno strato di 1,2 micron di spessore, pre-cuocere su una piastra riscaldante a 150 ° C per 5 min, e post-bake a 250 ° C per 2 ore.
    11. Spincoat un fotoresist (2 ml) con tre gradini 900 rpm per 10 sec, 1.100 rpm per 60 sec, e 4.000 rpm per 20 sec e poi curare su una piastra riscaldante a 75 ° C per 30 min.
    12. Allineare i modelli PI per incapsulare il elettronica Cu (sensori; frattale 'Peano' con 35 micron di larghezza e interconnessioni; disegno della maglia serpentina aperto con 250micron di larghezza) con i frattali e interconnessioni predefiniti Cu utilizzando un assetto UV (potenza: 10 mW / sec) con il tempo di esposizione 25 sec.
    13. Sviluppare il photoresist con uno sviluppatore diluito (rapporto 1: 2 di sviluppatore e acqua deionizzata) per un minuto, risciacquare con acqua deionizzata e asciugare con azoto. Controllare i modelli usando un microscopio per confermare la dimensione del tratto e trovare qualsiasi difetto da particolato.
      NOTA: Se ci sono difetti indesiderati, quindi rimuovere photoresist sciacquando con acqua acetone / IPA / DI. Dopo l'asciugatura con azoto, ripetere i passaggi da 1.2.10 a 1.2.13.
    14. Etch lo strato PI con RIE (pressione: 170 mTorr, potenza: 150 W, O 2 gas: 20 sccm) per 25 minuti. Controllare i modelli.
    15. Rimuovere il fotoresist rimaste immergendo il wafer in acetone (10 ml), IPA (10 ml) e acqua deionizzata (20 ml), rispettivamente. Quindi, asciugare con azoto.
  3. Preparare una membrana elastomerica
    1. Preparare un 10 g di incapsulare miscela in silicone (1:1 rapporto di volume di base e induritore) e aggiungere un inchiostro nero 15 con rapporto uno a uno volume, che è di facilitare misurazioni di controllo della variazione di temperatura sulla pelle con una telecamera a infrarossi.
      NOTA: Il silicone utilizzato (chiaro gomma incapsulante) fornisce caratteristiche uniche di bassa viscosità, chiarezza ottica, e l'isolamento elettrico / protezione al dispositivo 16.
    2. Spincoat 8 g della miscela in una capsula di Petri a 150 rpm per 1 min per formare una spessa membrana elastomerica 500 micron e di indurimento a temperatura ambiente per O / N.
      NOTA: Il materiale deve essere posto su una superficie piana per spessore uniforme.
    3. Tagliare la membrana nella dimensione desiderata di 70 mm x 30 mm utilizzando una lametta affilata e staccarlo delicatamente dalla capsula di Petri.
  4. Recuperare e trasferire elettronica
    1. Tagliare un nastro solubile in acqua (25 mm x 80 mm) e laminare delicatamente sui modelli elettronici fabbricati e metterli su una piastra a 130 ° Cper 3 min.
      NOTA: elevazione Temperatura espande lo strato PDMS sul wafer di Si di aiutare dissociazione dei modelli elettronici dalla superficie.
    2. Staccare il nastro rapidamente dalla PDMS / Si wafer per recuperare i modelli elettronici.
    3. Deposito a 20 nm di spessore Cr (per adesione) seguito da un nm biossido di silicio di spessore 50 (SiO 2) sui modelli recuperati tramite e-beam evaporazione.
    4. Trattare UV / ozono utilizzando lampada UV (365 nm, 8,9 mW / cm 2) sulla membrana di silicone mirato per 2 minuti per attivare la superficie.
    5. Trasferire i pattern alla membrana siliconica ponendo i modelli recuperati sul nastro nella posizione desiderata e uniformemente aggiungendo la pressione dal lato superiore dei modelli fino al substrato. Applicare acqua per sciogliere il nastro per 5 min.
      NOTA: Il processo descritto di materiali trasferimento è facilitato dal legame covalente (Si-O-Si) tra il biossido di silicio depositato ed il substrato di silicone-UV attivata 17
    6. Staccare il nastro, sciacquare con acqua deionizzata e asciugare su una piastra a 90 ° C per 1 min.
  5. Incapsulare il dispositivo utilizzando un membrana di silicone
    1. Preparare un 10 g di incapsulare miscela silicone (rapporto 1: 1 volume di base e induritore).
    2. Coprire le piazzole di contatto del cavo con un pezzo PDMS rettangolare (22 × 6 × 1 mm 3) da van der Waals legame con la membrana di silicone fondo, per evitare silicone rivestimento delle pastiglie.
    3. Spincoat il 5 g di miscela di silicone a 4.000 rpm per 1 min per formare uno strato di spessore 5 micron sull'elettronica trasferiti e quindi polimerizzare a RT per O / N.
  6. Collegare un cavo a nastro flessibile per l'acquisizione dei dati
    1. Applicare flusso di acciaio liquido (0,5 ml), pipettando, sul pad connettore per 3 secondi per fare superficie pulita.
    2. Bond A, cavo a nastro flessibile sottile sui punti di contatto con pressione ad alta temperatura (> 60 ° C). Un tipico straightene capelliR offre maneggevolezza e incollaggio.
      NOTA: Il cavo micro-film è preferibile alla saldatura convenzionale hard-wire per evitare qualsiasi frattura meccanica delle membrane metalliche trasferiti su un silicone.
    3. Controllare il collegamento elettrico con un multimetro digitale. Il valore di resistenza è prevista meno di 1 Ohm tra il pad sensore con una estremità e l'altra estremità del cavo pellicola (distanza: ~ 1 cm di distanza).
    4. Legare l'altra estremità del cavo a nastro un circuito stampato personalizzato con la stessa strategia descritta nel passaggio 1.6.2.
    5. Controllare il collegamento elettrico con un multimetro digitale.
    6. Collegare il dispositivo con l'hardware di acquisizione dati saldando fili convenzionali sul PCB.

2. sperimentazione clinica

  1. Pulire il dispositivo utilizzando una soluzione disinfettante
    1. Preparare 205 g di una soluzione disinfettante diluita (40: 1 rapporto di volume di acqua e soluzione).
    2. Spruzzare lasoluzione (10 g) sul dispositivo e ammollo per 10 min.
      NOTA: Il pulitore disinfettante diluita può essere conservata a temperatura ambiente.
    3. Risciacquare con acqua per tre volte e asciugare con tessuti puliti.
  2. Impostare una serie di attrezzature per il test del dispositivo
    1. Preparare e collegare un amplificatore lock-in con un generatore di corrente, un multiplexer, e il software personalizzato installato su un computer portatile per la registrazione dei dati.
    2. Posizionare una telecamera a infrarossi su un treppiede e concentrarsi su un oggetto di destinazione per la termografia come riferimento.
    3. Impostare i parametri di sistema di un amplificatore lock-in per misurare la conducibilità termica (frequenza: 1 e 3 Hz; costante di tempo: 3 e 1 secondo; Sensibilità: 1 mV; riserva dinamica: alta riserva) e della temperatura (frequenza: 997 Hz, il tempo costante: 300 msec; sensibilità: 2 mV; riserva dinamica: a basso rumore) con l'applicazione corrente costante (2 mA).
    4. Collegare due dispositivi ferita, preparato da microfabbricazione e trasferimento di stampa e montato sulla ferita esiti controlaterale, al multiplexer destra prima di registrare i dati di un paziente.
  3. Registrare la temperatura e conducibilità termica
    NOTA: Il software di acquisizione dei dati è su ordine, in grado di controllare a distanza il amplificatore lock-in per il monitoraggio dei dati in tempo reale e risparmio. Nella misura di temperatura, ciascun punto di dati viene misurata ogni 300 msec per 20 sec. L'insieme di dati per i primi 10 secondi e dopo 10 sec vengono utilizzati per calcolare il valore medio e la deviazione standard di temperatura, rispettivamente. I dati registrati vengono memorizzati come file valori separati da virgole, che viene utilizzato per tracciare un grafico di confronto con i dati di termografia infrarossa. Nella misura di conducibilità termica, i segnali 3Ω vengono letti direttamente dalla schermata hardware (amplificatore), che viene quindi utilizzato per calcolare la conduttività termica analiticamente.
    1. Strofinare delicatamente i siti di applicazione del dispositivo sulla pelle con alcool antisettico salviette 10.
    2. 2.3.2) Laminato due dispositivi delle sedi cutanee desiderate premendo delicatamente il dispositivo alla pelle con le dita per facilitare l'incollaggio morbido: uno sul sito della ferita chirurgica e l'altra sulla posizione controlaterale come riferimento.
    3. Misurare la tensione elettrica (3Ω), correlata alla conducibilità termica, del dispositivo avviando l'acquisizione dei dati.
    4. Valutare i dati ottenuti per verificare il contatto del dispositivo conforme alla pelle; Valore anormale (<0.1 W / mK) mostra una cattiva contatto del dispositivo.
    5. Misurare la resistenza elettrica per determinare la distribuzione della temperatura e registrare i dati tramite il software personalizzato.
    6. Prendere immagini ottiche e IR dei due dispositivi sulla pelle.
    7. Confrontare i valori di temperatura dalle immagini a infrarossi con i dati registrati dal dispositivo ferita (2.3.5). Aggiungi entrambi i valori per separare le colonne in un foglio di calcolo personalizzato.
  4. Analizzare i dati registrati
    1. Esportare i dati registrati altemplate personalizzato per calcolare automaticamente la temperatura e la conducibilità termica da una matrice di sensori nel dispositivo.
    2. Tracciare i dati (temperatura e conducibilità termica secondo la posizione del sensore su una scala temporale diverso) per confronto nel corso di un mese (quattro set di dati al giorno 1, 3, 15, e 30).
    3. Analizzare i dati confrontando una serie di dati di temperatura e conducibilità termica in funzione del tempo; I valori con improvviso innalzamento o cadere dire il cambiamento di fase di guarigione della ferita e / o anormalità inaspettato su siti ferite.

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Representative Results

Figura 1 presenta una panoramica delle caratteristiche del conformazionale, sistema elettronico skin-like, progettato per quantitativa, gestione cutanea avvolto su pazienti. Il dispositivo elettronico multifunzionale costituito da microscala strutture frattali 3,14 e serpentino filamentosa traccia 9,17 su una membrana elastomerica sottile che offre un'eccezionale elasticità meccanica e piegabilità. Il dispositivo compatibile che è completamente racchiuso da strati di silicone consente dolce, la laminazione reversibili sulla pelle attraverso le interazioni di van der Waals solo. Le caratteristiche uniche del dispositivo includono biocompatibilità, impermeabilità, facilità d'uso e flessibilità meccanica per l'utilizzo in ambito clinico realistici.

L'integrazione di materiali ibridi come i polimeri e un metallo (silicone, poliimmide, e rame) produce un dispositivo elettricamente sicuro, impermeabile e biocompatibile (Figura 2A).Un array di frattale (rame; Cu) resistori (35 micron di larghezza e 3 micron di spessore) è posizionato in corrispondenza del piano meccanica neutra, da poliimmide chiuso (PI, 1,2 micron di spessore) strati, per minimizzare i ceppi di flessione applicato sul nucleo materiale (Cu) in applicazioni cliniche.

Lo spessore totale del dispositivo su una membrana di silicone è solo ~ 600 micron offrendo estrema piegabilità. Le illustrazioni schematiche in Figura 2B descrivono il processo microfabbricazione del sistema elettronico simil-pelle. Il metodo di fabbricazione combina le tecniche di microfabbricazione convenzionali (metallizzazione, fotolitografia, e incisione) con le tecniche di trasferimento di stampa di nuova concezione (il recupero, il trasferimento, e di legame) 9,14,18,19. Questo tipo di dispositivo può essere scalato utilizzando stampa transfer su larga scala con una apparecchiatura di stampa automatizzato 20,21.

Figura 3 riassume il Mechanical elasticità e funzionalità elettrica dell'elettronica simil-pelle, riportati nel precedente lavoro 10. Meccanica e materiali di studio con il metodo degli elementi finiti (FEM) offre il progetto del sistema ottimale per ospitare movimenti naturali e ceppi, coinvolti nella pratica clinica applicata, senza frattura meccanico (figura 3A, in alto). Lo studio sperimentale che presenta il comportamento meccanico della struttura frattale con ceppi di trazione fino al 30% (Figura 3AA, in basso) mostra un buon accordo con i risultati FEM. Il dispositivo con resistenze microscala è usato per la misurazione quantitativa della temperatura e conducibilità termica e la distribuzione precisa, riscaldamento localizzato (Figure 3B - 3D). La curva di calibrazione della resistenza elettrica secondo la variazione di temperatura è stata ottenuta utilizzando una telecamera a infrarossi e una piastra calda ad alta sensibilità (Figura 3B). Il metodo di valutazione della conducibilità termica misurata eraadattata dalla tecnica 3 omega 13 che utilizza 3 segnali di tensione omega a due frequenze di corrente alternata diverso (Figura 3c). Corrente elettrica applicata (35 mA con 10 mW) ai resistori frattali verifica riscaldamento Joule, che offre controllabile azionamento temperatura in una modalità terapeutica (Figura 3D).

Per pratici, applicazioni cliniche, il processo di pulizia suggerito del dispositivo portatile comporta disinfezione prima dell'uso su pazienti. Spruzzare di una soluzione disinfettante sul dispositivo impermeabile e dopo risciacquo in acqua tre volte prepara il dispositivo per test clinici (Figure 4A e 4B). La valutazione della biocompatibilità qualitativa del dispositivo utilizza un microscopio contatto digitale per ispezionare visivamente la superficie della pelle (Figura 4C), che indaga il cambiamento del colore della pelle e la struttura su più cicli di utilizzo sui pazienti. Un infrarossi (IR) Termografihy può fare una valutazione quantitativa delle condizioni della pelle per circa due settimane (Figura 4D), in quanto gli effetti collaterali come eritema provoca aumento della temperatura 22. I dispositivi presi in esame sono laminate in prossimità dei tessuti della ferita e la posizione controlaterale (come riferimento). Registrazione dei parametri rilevanti di temperatura e conducibilità termica viene condotta utilizzando un sistema di acquisizione dati e di imaging IR in esame camera (figure 4E e 4F).

Figura 5 presenta i dati rappresentativi di misurazione quantitativa di guarigione della ferita cutanea su un paziente da uno studio preliminare 10. Una serie di foto in figura 5A mostra il processo di monitoraggio di guarigione della ferita con il dispositivo montato pelle nel corso di un mese. Il dispositivo ferita tinto con un inchiostro nero è stato laminato nei pressi della ferita chirurgica. Pen segna sulla pelle guidato il montaggio del dispositivo sulla stessa posizione per dat quantitativa un confronto dal giorno 1 al giorno 30. Misurazione della temperatura e della variazione di conducibilità termica utilizzando una matrice di sensori nel dispositivo e il confronto tra i siti della ferita e di riferimento cattura la fase di guarigione della ferita, infiammazione (figure 5B - 5E). Altamente sensibile, sei sensori nel dispositivo di ferite sono in grado di catturare minima variazione della temperatura corporea e punto intensa infiammazione nel giorno 3 (figure 5B - 5C) e la variazione record di conducibilità termica (figure 5D - 5E). Un insieme di dati di riferimento è stata misurata dal lato controlaterale come controllo.

Figura 1
Figura 1. Panoramica delle caratteristiche del dispositivo di monitoraggio della ferita pelle come su un paziente.> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 2
Figura fabbricazione 2. Dispositivo (A) Schema di layout dei dispositivi (a sinistra; strato 1:. Silicone trasparente in alto, livello 2: PI, layer 3: Cu, livello 4: PI, e lo strato 5: silicone nero al in basso) e il completamento, flessibile elettronica / estensibile (a destra). (B) Illustrazione del processo step-by-step di fabbricazione (sezione). Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3
Figura 3. Caratteristiche del dispositivo (riprodotto con il permesso di 10. (A) Metodo degli elementi finiti (FEM) risultati (in alto) e le corrispondenti risultati sperimentali (in basso) di una struttura frattale sotto ceppi di trazione uniassiale fino a 30%. (B) Misura della temperatura con sei sensori per la taratura del dispositivo. (C) Misura della conduttività termica con tre sensori per la taratura del dispositivo. (D) termografia ad infrarossi del dispositivo che è stato usato come un micro-riscaldatore con riscaldamento Joule localizzato . Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4
Figura 4. processo di test clinici. (A) Disinfezione del dispositivo utilizzando una soluzione detergente.(B) risciacquo con acqua per pulire la superficie per le prove cliniche. (C) valutazione della pelle utilizzando un microscopio contatto digitale (a sinistra) e vista ingrandita della pelle (a destra). (D) termografia ad infrarossi della pelle per la valutazione quantitativa della temperatura variazione. (E) ambito clinico per la gestione delle ferite in una sala d'esame. (F) foto ingrandita dei dispositivi laminati vicino la ferita (gamba destra) e il sito controlaterale (gamba sinistra) tessuti. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questo figura.

Figura 5
Figura 5. dati rappresentativi di gestione quantitativa di guarigione della ferita con il dispositivo (riprodotto con il permesso di Materiali Avanzati Healthcare 10. (A) Foto della ferita con il dispositivo nel corso di un mese. (B) Registrazione di distribuzione di temperatura in prossimità della ferita per un mese con sei sensori il dispositivo (inserto). (C) Registrazione di distribuzione della temperatura su una posizione controlaterale come riferimento. (D) Registrazione di conducibilità termica vicino alla ferita per un mese con tre sensori nel dispositivo (inserto). (E) Registrazione delle termica conducibilità in una posizione controlaterale come riferimento. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

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Acknowledgments

Questo lavoro è stato sostenuto dal finanziamento di avvio della Scuola di Ingegneria, Virginia Commonwealth University e alcuni dei dispositivi elettronici sono stati preparati presso le strutture di microfabbricazione della Virginia Wright Microelectronics Center. Riconosciamo i ricercatori che hanno fatto contributi per il dispositivo e dati clinici (figure 3 e 5 in questo articolo), acquistato dal articolo pubblicato 10. W.-HY grazie Yoshiaki Hattori per il, software di registrazione dati su misura.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3" Silicon wafer University Wafer, USA Use as carrier to fabricate the device
Acetone Fisher Scientific, USA A18-1 Use to clean a wafer and to remove photoresist
Isopropanol (IPA) Fisher Scientific, USA A459-1 Use to clean a wafer
AZ4620 photoresist AZ Electrionic Materials, USA Use to make patterns on metals and polymers
AZ400K developer AZ Electrionic Materials, USA Use to develop AZ4620 photoresist
Chromium etchant Transene, USA 1020AC Use to etch Cr layer of device
Copper etchant Transene, USA ASP-100 Use to etch Cu layer of device
Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit (PDMS) Dow Corning, USA 39100000 Use as a substrate for 'dry' retrieval
PI2545 polyimide HD MicroSystem, USA Use to encapsulate metal layer
Solaris Smooth-On, USA Use as substrate and to encapsulate device
Petridish Carolina, USA 741255 Use as mold to make substrate
Water-Soluble Wave Solder Tape 5414 3M, USA AM000000217 Use to retrive device from PDMS layer
High Activity Liquid Stainless Steel Flux Worthington, USA 331929 Use to remove oxidation layer on Cu
Flexible, micro-film cable Elform, USA Use to make the electrical connection between the electronic device and the data acquisition system
pH Neutral Cleaner Australian Gold, USA Use as disinfectant solution to clean device in clinical testing
Solder Kester, USA 24-6337-9703 Use as material to solder hard wires
Ultraviolet lamp Cole-Parmer, USA 97600-00 Use to activate PDMS layer as hydrophilic surface
Multiplexer FixYourBoard, USA U802 Use to acquire measurements from six sensing components 
DC/AC current source Keithley, USA 6221 Use to supply current
SMD Digital Hot Air Rework Station Aoyue, China 968A+ Use to solder hard wires, to electrically connect between the device and external instruments
Infrared camera FLIR, USA 435-0001-01-00 Use to take infrared images in experiment
Digital multimeter Fluke, USA 117 Use to check electrical connection
Lock-in amplifier Stanford Research System, USA SR830 Use to perform four-point-probe-measurement
Electron beam evaporator 9 scale Vacuum Products, USA Use to deposit thin films (Cu and SiO2)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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  2. Panuncialman, J., Hammerman, S., Carson, P., Falanga, V. Wound edge biopsy sites in chronic wounds heal rapidly and do not result in delayed wound healing. J Invest Dermatol. 129, S47-S47 (2009).
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Bioingegneria Numero 103 Pelle-come l'elettronica conforme laminazione gestione delle ferite elettronica multifunzionale studio clinico
Fabbricazione e la caratterizzazione di un Conformal pelle simile sistema elettronico di gestione quantitativa, cutanea Ferita
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Lee, W., Kwon, O., Lee, D. S., Yeo, W. H. Fabrication and Characterization of a Conformal Skin-like Electronic System for Quantitative, Cutaneous Wound Management. J. Vis. Exp. (103), e53037, doi:10.3791/53037 (2015).

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