Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

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

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

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

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.

  1. Подготовка несущую подложку
    1. Сокращение голой 3 в кремнии (Si) подложку до желаемого размера электроники с помощью алмазного диска.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Около половины кремниевую пластину дает идеальный размер для ран устройства.
    2. Жировые Si пластины с ацетоном и изопропиловый спирт (IPA). Промыть пластины с деионизированной (ДИ) воды, а затем сухой азотом и обезвоживают на плите при 110 ° С в течение 3 мин.
    3. Приготовьте 11 г полидиметилсилоксана (ПДМС) с 10 смеси: 1 по объему соотношении основы и отвердителя и дегазации смеси в вакуумной камере в течение одного часа.
      Примечание: ПДМС используется для извлечения сухого рисунка и передавать печать после микротехнологий, который предпочтительно мокрой химической (ацетон) основе подхода по сравнению с предыдущим исследовании 7.
    4. Спин покрытие 5 г смешанного раствора PDMS на пластине при 3000 оборотов в минуту в течение 1 мин и полностью вылечить на плите при 150 ° С в течение 30 мин.
  2. Депозитные материалы и модели электроники
    1. Лечить PDMS-Coated пластины ультрафиолетовым (УФ) / озона с помощью УФ-лампы (8,9 мВт / см 2) в течение 3 мин, чтобы сделать поверхность гидрофильной.
      Примечание: гидрофильной поверхности предлагает равномерное покрытие дополнительных слоев на PDMS.
    2. Spincoat полиимида (PI; 2 мл) на пластины с покрытием PDMS, с помощью пипетки, по крайней 4000 оборотов в минуту в течение 1 мин с получением 1,2 мкм толстый слой, предварительно выпекать на плите при 150 ° С в течение 5 мин, и пост выпекать при 250 ° С в течение 2 ч.
    3. Депозит хрома (Cr), чтобы сформировать 20-нм толстый слой, а затем осаждения меди (Cu) с образованием 3 мкм толстый слой с помощью электронно-лучевого (е-пучок) испарение (базовое давление: ~ 1 × 10 -7 торр , давление осаждения: ~ 1 × 10 -6 Торр, скорость осаждения: 1 - 5 A / S). Монитор толщины пленки по интерфейсу контроллера осаждения, встроенного в испарителе.
      ПРИМЕЧАНИЕ: толстый слой меди обеспечивает достаточно уровней электропроводности на микроуровне резисторов устройства и тонким слоем Crиспользуется для улучшения адгезии между ИП и Cu.
    4. Spincoat фоторезиста (2 мл) с трех шагов в 900 об в течение 10 сек, 1100 об в течение 60 сек, и 4000 оборотов в минуту в течение 20 сек, а затем лечить на плите при 75 ° С в течение 30 мин.
      Примечание: последовательные стадии, описанные выше, были использованы для нанесения густой (> 10 мкм) фоторезиста.
    5. Выравнивание Cu электронных шаблонов (датчики; фрактальной конструкции 'Пеано с 35 мкм в ширину и межсоединений; змеевик открытую конструкцию сетки с 50 мкм в ширину) в центре кремниевой пластины с помощью УФ-выпрямитель (мощность: 10 мВт / сек) со временем экспозиции 25 с.
      ПРИМЕЧАНИЕ: фрактальные структуры используются для обеспечения превосходной механической растяжимостью, по сравнению с лишь извилистые особенностей 14.
    6. Разработка фоторезиста в разбавленном базовой разработчика (1: 2 отношение разработчика и дистиллированной воды) в течение минуты, смыть дистиллированной водой, и сухой азот. Осмотрите модели (Cu фракталы и межсоединений) с помощью микровозможности для подтверждения размера и функций найти каких-либо дефектов от частиц.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если есть какие-либо нежелательные дефекты, а затем удалить фоторезиста промывкой ацетоном / МПА / DI воды. После сушки азотом, повторите шаги с 1.2.4 до 1.2.6.
    7. Травления слоя Cu на Si подложке путем погружения в мокром химическом травителя в течение ~ 6 мин (10 мл; смесь персульфата аммония и воды в соотношении 1: 4; травления скорость 8 нм / с в 40 ° C), полоскания дистиллированной водой, и сухой азот. Проверьте шаблоны, используя микроскоп для любых более-травления образцов.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если шаблоны по травлению, может вызвать нежелательные резкие края особенностей, которые могли бы привести к механическим перелома во время обработки устройства и стиральная процесса. Известные результаты тестирования показали, что более 20% ~ чрезмерного травления праобразами вызвало выше вопросы.
    8. Etch слой Cr с реактивного ионного травления (RIE, давление: 300 мторр, Мощность: 200 Вт, CF 4 газа: 5 леткуб.см, O 2 газа: 10 SCCM) в течение 5 мин. Осмотрите узоры.
      Примечание: для травления слоя Cr, процесс реактивного ионного травления предпочтительно химическое травление, которое вызывает неблагоприятное реакцию со слоем Cu.
    9. Удалить оставшуюся фоторезиста на металлических слоев путем погружения пластины в ацетоне (10 мл), IPA (10 мл) и ди воду (20 мл), соответственно. Затем высушите ее азотом.
    10. Spincoat PI (2 мл) на металлической хранение пластины, с помощью пипетки, при 4000 оборотах в минуту в течение 1 мин с получением 1,2 мкм толстый слой, предварительно выпекать на плите при 150 ° С в течение 5 мин, и после выпекать при 250 ° С в течение 2 ч.
    11. Spincoat фоторезиста (2 мл) с трех шагов в 900 об в течение 10 сек, 1100 об в течение 60 сек, и 4000 оборотов в минуту в течение 20 сек, а затем лечить на плите при 75 ° С в течение 30 мин.
    12. Совместите модели PI для инкапсуляции электроники Cu (датчики; фрактал дизайн "Пеано с 35 мкм в ширину и межсоединений; серпантин открытая конструкция сетки с 250мкм в ширину) с предопределенными фракталов Cu и межсоединений с помощью УФ-выпрямитель (мощность: 10 мВт / сек) с временем экспозиции 25 сек.
    13. Разработка фоторезиста разбавленным разработчика (1: 2 отношение разработчика и дистиллированной воды) в течение минуты, смыть дистиллированной водой, и сухой азот. Проверьте шаблоны, используя микроскоп, чтобы подтвердить размер особенность и найти какие-либо дефекты из частиц.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если есть какие-либо нежелательные дефекты, а затем удалить фоторезиста промывкой ацетоном / МПА / DI воды. После сушки азотом, повторите шаги с 1.2.10 до 1.2.13.
    14. Etch пи слой с RIE (давление: 170 мторр, Мощность: 150 Вт, O 2 газа: 20 SCCM) в течение 25 мин. Осмотрите узоры.
    15. Удалить оставшуюся фоторезиста путем погружения пластины в ацетоне (10 мл), IPA (10 мл) и ди воду (20 мл), соответственно. Затем высушите ее азотом.
  3. Подготовьте эластомерной мембраной
    1. Приготовьте 10 г инкапсуляции силиконовую смесь (1:Соотношение 1 объем основы и отвердителя) и добавляют черные чернила 15 с один к одному объемном соотношении, которое должно облегчить контрольные измерения изменения температуры на коже с помощью инфракрасной камеры.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Используемый силикон (прозрачный инкапсулирующее каучук) обеспечивает уникальные характеристики с низкой вязкостью, оптической прозрачностью, и электрической изоляции / защиты в устройстве 16.
    2. Spincoat 8 г смеси в чашке Петри при 150 об в течение 1 мин с образованием густой эластомерной мембраной и лечение 500 мкм при КТ в течение O / N.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Материал должен быть помещен на плоской поверхности для равномерной толщины.
    3. Сокращение мембрану в требуемого размера 70 мм х 30 мм с помощью острым лезвием бритвы и осторожно отделить ее от чашки Петри.
  4. Получить и передать электроники
    1. Вырезать растворимый ленту воды (25 мм х 80 мм) и мягко ламинат на готовых электронных шаблонов и размещать их на плите при температуре 130 ° Cв течение 3 мин.
      Примечание: Повышение температуры расширяется слой PDMS на кремниевой пластины, чтобы помочь диссоциацию электронных шаблонов от поверхности.
    2. Снимите ленту быстро из PDMS / кремниевой пластины, чтобы получить электронные шаблоны.
    3. Депозит 20 нм Cr (для адгезии) с последующим добавлением 50 нм диоксида кремния (SiO 2) на полученных образцов путем выпаривания электронно-лучевой.
    4. Treat УФ / озон с помощью УФ-лампы (365 нм, 8,9 мВт / см 2) на целевом силиконовой мембраной в течение 2 мин, чтобы активировать поверхность.
    5. Передача модели к силиконовой мембраной, помещая извлеченные образцы на ленте в нужное место и равномерно добавляя давление от верхней части узоров до подложки. Применение воды, чтобы растворить пленку в течение 5 мин.
      Примечание: Описанный процесс передачи материалов облегчается за счет ковалентного связывания (Si-O-Si) между осажденным диоксидом кремния и УФ-активированных кремниевой подложке 17
    6. Снимите ленту, промыть дистиллированной водой, и сухой на плите при температуре 90 ° С в течение 1 мин.
  5. Инкапсуляция устройство с помощью силиконового мембраны
    1. Подготовка 10 г инкапсуляции силиконовую смесь (1: 1 объемное соотношение основы и отвердителя).
    2. Обложка кабель контактные площадки с прямоугольной кусок PDMS (22 × 6 × 1 мм 3) ван-дер-Ваальса связей с нижней силиконовой мембраной, чтобы избежать силиконовое покрытие колодки.
    3. Spincoat 5 г силиконового смеси при 4000 оборотов в минуту в течение 1 мин с образованием густой слой на переданных электроника 5 мкм, а затем затвердевают при комнатной температуре в течение O / N.
  6. Подключите гибкий ленточный кабель для сбора данных
    1. Применить потока жидкой стали (0,5 мл), с помощью пипетки, на разъем колодки в течение 3 сек, чтобы чистую поверхность.
    2. Склеивать тонкую гибкую шлейф на контактных точек с давлением при высокой температуре (> 60 ° С). Типичный волосы straighteneг предлагает простое управление и сцепление.
      Примечание: Кабель микро-пленка является предпочтительным с обычным жесткого провода пайкой, чтобы избежать какого-либо механического разрушения переданных металлических оболочек на силикона.
    3. Проверьте электрическое подключение, используя цифровой мультиметр. Значение сопротивления, как ожидается, менее 1 Ом между площадкой датчика с одного конца, а другой конец пленки кабеля (расстояние ~ 1 см друг от друга).
    4. Бонду другой конец ленточного кабеля в индивидуальных печатной плате с той же стратегии, описанной в шаге 1.6.2.
    5. Проверьте электрическое подключение, используя цифровой мультиметр.
    6. Подключите устройство с аппаратной сбора данных с помощью пайки обычные провода на печатной плате.

2. Клинические испытания

  1. Очистите устройство с помощью дезинфицирующий раствор
    1. Подготовьте 205 г разбавленного раствора дезинфицирующего средства (40: 1 по объему воды и раствора).
    2. СпрейРешение (10 г) на устройстве и замочить его в течение 10 мин.
      ПРИМЕЧАНИЕ: разбавляют дезинфицирующее чище можно хранить при комнатной температуре.
    3. Промыть водой три раза и высушить его с чистой ткани.
  2. Установите серию оборудования для тестирования устройства
    1. Подготовка и подключить усилитель блокировки в с источником тока, мультиплексор, и заказного программного обеспечения, установленного на ноутбуке для записи данных.
    2. Поместите инфракрасную камеру на штатив и сосредоточиться на целевой объект для термографии в качестве эталона.
    3. Настройка параметров системы из синхронного усилителя для измерения теплопроводности (частота: 1 и 3 Гц; постоянная времени: 3 и 1 сек; Чувствительность: 1 мВ; динамический резерв: высокая резерв) и температуры (частота: 997 Гц; время постоянная: 300 мс; чувствительность: 2 мВ; динамический резерв: низкий уровень шума) с приложенного постоянного тока (2 мА).
    4. Подключите два рану устройств, подготовленный микроструктур и передачи печати и установлен на рану иконтралатеральные сайты, в мультиплексор прямо перед записью данных от пациента.
  3. Температура Запись и теплопроводность
    ПРИМЕЧАНИЕ: Программное обеспечение сбора данных на заказ, которые могут дистанционное управление замком усилителя для мониторинга данных в реальном времени и сохранения. При измерении температуры, каждая точка данных измеряется каждые 300 мсек в течение 20 сек. Набор данных для первого 10 сек и 10 сек, используются для вычисления среднего значения температуры и стандартное отклонение, соответственно. Записанные данные будут сохранены в виде файла значение, разделенных запятыми, который используется для построения графика для сравнения с данными из инфракрасной термографии. При измерении теплопроводности, то 3Ω сигналы непосредственно считываются из аппаратной экране (усилитель), который затем используется, чтобы вычислить теплопроводность аналитически.
    1. Аккуратно протрите участки применение устройства на кожу с помощью антисептическим алкоголь салфетки 10.
    2. 2.3.2) Ламинат два устройства на нужных местах кожи, слегка нажав устройство к коже пальцами, чтобы облегчить мягкое сцепление: один на месте операции рану, а другой на противоположной месте в качестве эталона.
    3. Измерьте электрическое напряжение (3Ω), связанный с теплопроводностью, устройства, начиная сбор данных.
    4. Оценка полученных данных, чтобы проверить конформное контакт устройства с кожей; ненормальное значение (<0,1 Вт / мК) показывает плохой контакт устройства.
    5. Измерьте электрическое сопротивление для определения распределения температуры и запись данных через заказного программного обеспечения.
    6. Возьмите оптические и ИК-изображения двух устройств на коже.
    7. Сравнить значения температуры от изображений ИК с данными, записанными от ран устройства (2.3.5). Добавить оба значения для разделения колонок в индивидуальных таблицы.
  4. Анализ записанных данных
    1. Экспорт записанных данных внастроить шаблон для автоматического расчета температуры и теплопроводности из массива датчиков в устройстве.
    2. Участок данных (температуры и теплопроводности в зависимости от расположения датчика на другом масштабе времени) для сравнения на протяжении одного месяца (четырех наборов данных на 1 день, 3, 15, и 30).
    3. Анализ данных, сравнивая серию температуры и данных теплопроводности в зависимости от времени; Значения с внезапным возвышением или падение рассказать изменение фазы заживления ран и / или неожиданной аномалии на раневых участков.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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 нежный, обратимое ламинирование на кожу через только ван дер Ваальса. Уникальные характеристики устройства включают биосовместимость, водонепроницаемость, легкость в использовании и механическую гибкость для использования в реальных клинических условиях.

Интеграция гибридных материалов, таких как полимеры и металла (силикон, полиимида и меди) приводит к электрически безопасное, водонепроницаемое и биосовместимый устройство (фиг.2А).Массив фрактальной (меди, Cu) резисторы (35 мкм в ширину и 3 мкм в толщину) находится в нейтральном механической плоскости, заключенной полиимида (PI 1,2 мкм в толщину) слоя, чтобы свести к минимуму, применяемые гибочные нагрузку на ядра Материал (Cu) в клинической практике.

Общая толщина устройства на силиконовой мембраной только ~ 600 мкм, предлагая крайнюю изгибу. В схематические иллюстрации на рис 2B описать процесс изготовления микроструктур скин-как электронной системы. Метод изготовления сочетает в себе традиционные методы микротехнологий (металлизация, фотолитографии, травления и) с вновь разработанных методик трансфер-печати (поиск, передачи и скрепления) 9,14,18,19. Этот тип устройства может быть расширена до используя широкоформатная печать масштаб передачи с автоматизированной печатного оборудования 20,21.

Рисунок 3 обобщает Mechanicaл растяжению и электрические функциональные возможности кожи, как электроника, сообщили в предшествующей работе 10. Механика и учебные материалы с помощью метода конечных элементов (МКЭ) предлагает оптимальную конструкцию системы для размещения естественных движений и прикладных штаммов, участвующих в клиническом использовании, без механического разрушения (рис 3А, сверху). Экспериментальное исследование, который представляет механическое поведение фрактальной структуры с деформаций растяжения до 30% (рис 3AA, снизу) показывает хорошее согласие с результатами МКЭ. Устройство с микромасштабных резисторов используется для количественного измерения температуры и теплопроводности и доставки точный, локализованные отопления (цифры 3B - 3D). Калибровочная кривая электрического сопротивления в соответствии с изменением температуры было получено с помощью инфракрасной камеры и высокой чувствительности плитой (Фиг.3В). Метод оценки измеренной теплопроводностьвзято из техники 13 3 омега 3, который использует сигналы омега напряжения на двух текущих частотах отличается чередующихся (3С). Приложенного электрического тока (35 мА с 10 мВт) с фрактальными резисторов происходит джоулева нагрева, которая предлагает контролируемый температурный приведение в терапевтическом режиме (рис 3D).

Для практических приложений, клинических, предложенный процесс очистки от ручного устройства включает дезинфекцию перед использованием на пациентах. Опрыскивание в дезинфицирующем растворе на водонепроницаемой устройства и после промывки водой три раза подготавливает устройство для клинических испытаний (фиг.4А и 4В). Оценка качественного биосовместимости устройства использует цифровой микроскоп контактную визуально осмотреть поверхность кожи (рис 4C), который расследует изменение цвета и текстуры кожи над несколькими циклами использования на пациентах. Инфракрасный (ИК) термогрHY можете сделать количественную оценку состояний кожи в течение приблизительно двух недель (рис 4D), так как побочные эффекты, такие как эритема вызывает повышение температуры 22. Рассмотренные устройства ламинированные вблизи раны тканей и контралатеральной месте (в качестве эталона). Запись соответствующих параметров температуры и теплопроводности проводится с использованием системы сбора данных и ИК-изображений в экзаменационной комнате (рис 4E и 4F).

На рисунке 5 представлены репрезентативные данные количественного измерения кожной заживления ран на пациента с предварительного исследования 10. Серия фотографий в рисунке 5А показан процесс мониторинга заживления ран с устройством кожи монтажа на протяжении одного месяца. Рана устройство окрашивают черной краской был ламинированные рядом с хирургической раны. Ручка следов на коже руководил монтаж устройства на том же месте для количественного DAT сравнение от 1 дня до дня 30. Измерение температуры и изменения теплопроводности, используя массив датчиков в устройстве и сравнения между раны и справочных сайтов захватывает фазу заживления ран, воспаления (рис 5B - 5E). В высокочувствительные датчики, шесть в ране устройства смогли захватить минимальное изменение температуры тела и точки интенсивное воспаление на 3 день (фиг 5В - 5С) и записи изменения теплопроводности (цифры 5D - 5E). Набор базовых данных была измерена с противоположной стороны в качестве контроля.

Фигура 1
Рисунок 1. Обзор характеристик кожи, как, намотанной контрольного устройства на пациенте.> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2
На изготовление 2. Устройство (А) Схематическое изображение раскладки устройств (слева; слой 1:. Прозрачный силиконовый вверху, слой 2: PI, слой 3: Cu, слой 4: PI, и слой 5: силиконовая на внизу) и завершена, гибкий / растяжению электроника (справа). (Б) Иллюстрация процесса шаг за шагом изготовления (вид в разрезе). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 3
Рисунок 3. характеристики устройства (воспроизводится с разрешения 10. (А) Метод конечных элементов (МКЭ) Результаты (сверху) и соответствующие экспериментальные результаты (снизу) фрактальной структуры при одноосном деформаций растяжения до 30%. (В) Измерение температуры с использованием шести датчиков для калибровки устройства. (С) Измерение теплопроводности с использованием трех датчиков для калибровки устройства. (D) Инфракрасный термографии устройства, который был использован в качестве микро-нагреватель с локализованным джоулевым нагревом . Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 4
Рисунок 4. Клиническая процесс тестирования. (А) Дезинфекция устройства, используя раствор чистящего средства.(В) Промывка водой для очистки поверхности для клинических испытаний. (С) оценка кожи с использованием цифрового контакта микроскопа (слева) и увеличенный вид кожи (справа). (D) Инфракрасный термографии кожи для количественной оценки температуры изменение. (Е) клинической для заживления управления в экзаменационной комнате. (F), увеличенной фотографии из ламинированных устройств вблизи раны (правая нога) и контралатеральной сайте (левой ноги) тканей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этого фигура.

Рисунок 5
Рисунок 5. Представитель данных количественного управления заживления ран с устройством (воспроизводится с разрешения Advanced Healthcare материалов 10. (A) Фото раны с устройством на протяжении месяца. (В) Запись распределения температур вблизи раны в течение одного месяца с шестью датчиками устройство (вставка). (С) Запись распределения температуры на противоположной месте в качестве эталона. (D) Запись теплопроводности вблизи раны в течение одного месяца с трех датчиков в устройстве (вставка). (Е) Запись тепловое проводимость на противоположной месте в качестве эталона. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

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.

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

  1. Dargaville, T. R., et al. Sensors and imaging for wound healing: A review. Biosens Bioelectron. 41, 30-42 (2013).
  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).
  3. Hess, C. T., Kirsner, R. S. Orchestrating Wound Healing: Assessing and Preparing the Wound Bed. Adv Skin Wound Care. 16 (5), 246-257 (2003).
  4. Lange-Asschenfeldt, S., et al. Applicability of confocal laser scanning microscopy for evaluation and monitoring of cutaneous wound healing. J Biomed Opt. 17 (7), (2012).
  5. Crane, N. J., Elster, E. A. Vibrational spectroscopy: a tool being developed for the noninvasive monitoring of wound healing. J Biomed Opt. 17 (7), (2012).
  6. Jeong, J. W., et al. Materials and Optimized Designs for Human-Machine Interfaces Via Epidermal Electronics. Adv Mater. 25 (47), 6839-6846 (2013).
  7. Kim, D. H., et al. Epidermal Electronics. Science. 333 (6044), 838-843 (2011).
  8. Webb, R. C., et al. Ultrathin conformal devices for precise and continuous thermal characterization of human skin (vol 12, pg 938). Nat Mater. 12, 1078-1078 (2013).
  9. Yeo, W. H., et al. Multifunctional Epidermal Electronics Printed Directly Onto the Skin. Adv Mater. 25 (20), 2773-2778 (2013).
  10. Hattori, Y., et al. Multifunctional skin-like electronics for quantitative, clinical monitoring of cutaneous wound healing. Adv Healthc Mater. 3 (10), 1597-1607 (2014).
  11. Guo, S., DiPietro, L. A. Factors Affecting Wound Healing. J Dent Res. 89 (3), 219-229 (2010).
  12. Matzeu, G., et al. Skin temperature monitoring by a wireless sensor. Ieee Ind Elec. , 3533-3535 (2011).
  13. Cahill, D. G. Thermal-Conductivity Measurement from 30-K to 750-K - the 3-Omega Method. Rev Sci Instrum. 61 (2), 802-808 (1990).
  14. Fan, J. A., et al. Fractal Design Concepts for Stretchable Electronics. Nature Commun. 5 (3266), (2013).
  15. Song, Y. M., et al. Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye. Nature. 497 (7447), 95-99 (2013).
  16. Jeong, J. W., et al. Capacitive Epidermal Electronics for Electrically Safe, Long-Term Electrophysiological Measurements. Adv Healthc Mater. 3 (5), 642-648 (2013).
  17. Zhang, Y. H., et al. Experimental and Theoretical Studies of Serpentine Microstructures Bonded To Prestrained Elastomers for Stretchable Electronics. Adv Funct Mater. 24 (14), 2028-2037 (2014).
  18. Carlson, A., Bowen, A. M., Huang, Y. G., Nuzzo, R. G., Rogers, J. A. Transfer Printing Techniques for Materials Assembly and Micro/Nanodevice Fabrication. Adv Mater. 24 (39), 5284-5318 (2012).
  19. Yeo, W. H., Webb, R. C., Lee, W., Jung, S., Rogers, J. A. Bio-integrated electronics and sensor systems. Proc Spie. 8725, (2013).
  20. Chung, H. J., et al. Fabrication of Releasable Single-Crystal Silicon–Metal Oxide Field-Effect Devices and Their Deterministic Assembly on Foreign Substrates. Adv Funct Mater. 21 (16), 3029-3036 (2011).
  21. Kim, H. S., et al. Unusual strategies for using indium gallium nitride grown on silicon (111) for solid-state lighting. Proc Natl Acad Sci U.S.A. 108 (25), 10072-10077 (2011).
  22. Padilla-Medina, J. A., et al. Assessment technique for acne treatments based on statistical parameters of skin thermal images. J Biomed Opt. 19 (4), 046019-046019 (2014).

Tags

Биоинженерия выпуск 103 с кожей как электроника конформной ламинирование рана управления многофункциональные электроника клиническое исследование
Изготовление и характеристика конформной кожей, как электронная система Количественный, кожный ран управления
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lee, W., Kwon, O., Lee, D. S., Yeo,… More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter