Summary
Metoden fabrikation til fine interdigitated elektroder (gap og bredde: 20 µm) på spidsen af en kanyle (diameter: 720 µm) påvises ved hjælp af en spray coating og fleksibel film photomask i fotolitografi proces.
Abstract
Vi har indført en fabrikation metode for elektrisk impedans spektroskopi (EIS) - på - en-nål (EoN: EIS på nål) til at finde målet væv i kroppen ved at måle og analysere forskellene i den elektriske impedans mellem ulige biotissues. Dette papir beskriver metoden fabrikation af fine interdigitated elektroder (IDEs) på spidsen af en kanyle, ved hjælp af en photoresist spray coating og fleksibel film photomask i fotolitografi proces. En polyethylen polyethylenterephthalatfolie (PET) Varmekrymperør (HST) med en vægtykkelse på 25 µm er ansat som isolering og passivation lag. PET HST viser en højere mekanisk holdbarhed sammenlignet med poly(p-xylylene) polymerer, som har været udbredt som en dielektrisk belægning materiale. Desuden viser HST god kemisk resistens over for de fleste syrer og baser, hvilket er en fordel for at begrænse kemiske skader EoN. Brugen af EoN foretrækkes især til karakterisering af kemikalier/biomaterialer eller fabrikation ved hjælp af sure/basic kemikalier. Opdigtet gap og bredde af IDEs er så små som 20 µm, og den samlede bredde og længde af IDEs er 400 µm og 860 µm, henholdsvis. Fabrikation margin fra spids (afstanden mellem spidsen af kanyle og udgangspunktet for IDEs) af kanylen er så lille som 680 µm, som angiver, at unødigt overdrevent invasion i biotissues kan undgås under den elektrisk impedans måling. EoN har et stort potentiale for klinisk brug, såsom skjoldbruskkirtlen biopsier og anæstesi medicinafgivelse i en spinal plads. Yderligere, selv i kirurgi, der involverer den delvise resektion af tumorer, EoN kan anvendes til at bevare så meget normale væv som muligt ved at opdage den kirurgiske margin (normale væv, der fjernes med en tumor kirurgisk excision) mellem normalitet og læsion væv.
Introduction
Kanyler udnyttes bredt i hospitaler for biopsier og medicinafgivelse, fordi de er billige og nemme at bruge. De har også fremragende mekaniske egenskaber trods deres tynde diameter og en skarp struktur egnet til invasion. Under en biopsi er målvæv stikprøven i hule af kanyle med ultralyd vejledning1. Selvom ultralyd er fri for stråling, sikkert for fostre og gravide kvinder, og giver real-time imaging, det er svært at se organer, der er dybt inde i kroppen, især for overvægtige patienter, fordi ultralydsbølger ikke kan trænge luft eller fedtvæv2. Derudover en kirurg kan ikke erhverve dybde oplysninger fra den todimensionale ultrasonografi, der er konventionelt udnyttet i de fleste hospitaler, resulterer i behovet for flere biopsier, hvis læger mangler evner eller erfaring. I medicinafgivelse for spinal anæstesi bestemme læger, at nålen har nået den spinal plads hvis cerebrospinalvæske (CSF) løber baglæns ind i sprøjten mens du omhyggeligt indsætte nålen ind i patientens ryg. Efter tilbageløb af CSF bekræfter, indsprøjtes anæstesi stoffet i spinal plads3. Men, læger risikere gennemtrængende eller afskære nerve fibre i det spinal rum, forårsager alvorlige smerter til patienter og selv paraplegi4,5. Denne procedure kræver således, også en dygtig læge. En løsning til at overvinde og afbøde de ovennævnte vanskeligheder er at føje en navigation funktion til kanylen, så kan gives objektive oplysninger om nålens holdning. Dette ville hjælpe en læge let udføre en biopsi, drug delivery og endda en operation uden at påberåbe sig deres empirisk dom kun.
For at elektrisk lokalisere målvæv i kroppen, en kanyle, indarbejde en elektrisk impedans spektroskopi er (EIS) sensor blevet indført som EIS-på-en-nål (EoN)6. EIS-sensoren er i øjeblikket udnyttet inden for Biomedicinsk teknik til applikationer såsom DNA påvisning7,8,9, bakterier/virus påvisning10,11,12 , og analyser af celler/væv13,14,15,16,17,18,19,20 , 21 , 22. den EoN kan diskriminere mellem forskellige materialer i en frekvens domæne baseret på deres elektriske ledningsevne og Permittivitet. Forskelsbehandling evne æonen blev kontrolleret for forskellige koncentrationsniveauer phosphat bufferet saltvand (PBS)23, svin fedt/muskel væv6,23, og endda menneskelige renal normal/kræft væv24 ,25. Denne evne i æonen forventes at øge betydeligt biopsi nøjagtighed ved at lokalisere målvæv baseret på forskelle i elektrisk impedans mellem læsion målvæv og de omkringliggende normale væv. I en lignende måde, undersøge forskelle i den elektrisk impedans mellem narkotika injektion plads (spinal eller epidural plads) og omgivende væv kan hjælpe læger levere en bedøvelse stof på den nøjagtige destinationsplaceringen. Desuden, EoN kan udnyttes til at elektrisk stimulere hjernen/muskel samt for at bestemme en optimal kirurgiske margin under operationer, der involverer den delvise resektion af en tumor, som delvis nephrectomistatus, til at bevare så meget normale væv som muligt.
En af de største udfordringer i realiseringen af EoN er fabrikation af elektroder på en kanyle, at have en lille krumningsradius buet overflade. Direkte metal mønstre ved hjælp af en konventionel fotolitografi proces er blevet betragtet som uegnet til fabrikation af mikro-størrelse elektroder på en buet underlag med en diameter på flere millimeter eller mindre. Hidtil har forskellige metoder, herunder conformal udskrivning26, fleksibel tør film photoresist27, mikrofluid metode28, nanoimprint litografi29og substrat-roterende litografi30, har været indført for at fabrikere metal/polymer mønstre på en buet overflade. Men der er stadig begrænsninger på grund af EoN kravene, som krævede bærematerialet med en diameter på mindre end 1 mm, total elektrode længde 20 mm og derover, bredde og kløften af elektroder spænder i titusinder mikrometer og høj volumen produktion.
I den foreliggende undersøgelse, er direkte metal mønstre ved hjælp af photoresist spray belægning og en fleksibel hinde photomask foreslået at realisere mikro-størrelse elektroder på den krumme overflade af en kanyle. Diameteren af nålen er så lille som 720 µm (22-gauge), som er almindeligt brugt til biopsier og medicinafgivelse på hospitaler. Produktion udbyttet af den foreslåede fabrikationsanlæg metode er også evalueret for at afgøre, om bulk produktionen til en overkommelig pris.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. elektrisk isolering af kanyle
Bemærk: En gennemsigtig Varmekrymperør (HST) er ansat til elektrisk isolering i en kanyle, der er 720 µm i diameter og 32 mm i længden. HST er lavet af polyethylenterephthalat (PET), der viser gode kemiske bestandighed over for de fleste syrer og baser, fremragende mekanisk holdbarhed og biokompatibilitet. Indledende indre diameter og godstykkelse af HST er 840 µm og 25 µm, henholdsvis. Diameteren af HST tendens til at blive reduceret med mere end 50% ved en temperatur på 100 ° C, med endnu større reduktion ved højere temperaturer op til 190 ° C. Bemærk, at PET HST er en hærdeplast materiale, der har egenskaben at blive permanent hårde og stive når helbredt. Størrelsen af den kanyle og skrumpe tube kan justeres afhængigt af forskning formål og applikationer. Den samlede fabrikationsproces er grafisk sammenfattet i figur 1.
- Skær HST til en længde på 3 cm. Juster længden af røret afhængigt af indtrængningsdybde af kanylen.
- Indsæt kanylen i cut HST.
- Skrumpe røret ved hjælp af en varmepistol ved en temperatur på 150 ° C, som er indstillet til at forhindre uønsket yderligere sammentrækning, når dehydrering udføres ved 105 ° C i den rensning oparbejde (i trin 1,6).
- Adskille kanylen fra sin hub.
- Ren kanyle isoleret af HST i en deioniseret vand (DI) vandbad (20 ° C) med ultralyd agitation på 30 kHz og 350 W strøm.
- Dehydrere den kanyle, isoleret af HST på en kogeplade ved 105 ° C i 10 min.
2. Au aflejring ved hjælp af Sputtering
Bemærk: I denne undersøgelse, den spruttende proces, der er til rådighed bruges til at deponere en Au lag for elektroder, selv om en e-beam fordampning proces kan være en alternativ metode. Det er blevet bekræftet, at temperaturstigningen induceret i spruttende processen sjældent forårsager ekstra krympning af HST. Dog kan en proces, som fortsætter i mere end adskillige minutter opvarme HST over den indledende svind temperatur. Dette kan medføre yderligere svind af HST, resulterer i en stigning i fabrikation margen fra spidsen.
- Arrangere de rengjorte kanyler isoleret af HST side om side på et glas dias ved hjælp af dobbeltsidet tape til Cr/Au deposition.
-
Hospitalsudstyr, spruttende, deponere Cr/Au på de rengjorte kanyler isoleret af HST.
Bemærk: I dette tilfælde tykkelser af Cr og Au var 10 nm og 100 nm, henholdsvis (Cr blev brugt til laget vedhæftning mellem HST og Au lag).- Arrangere så mange nåle som muligt for at reducere omkostningerne og produktion produktionstid. Bruge de spruttende betingelser nedenfor til depositum 10 nm Cr og 100 nm Au.
- Cr sputtering, angive Cr mål diameter: 4 tommer, RF power: 300 W, argon pres: 5 mTorr, og lukker åbne tid: 20 s (10 nm).
- Au sputtering, bruge Au mål diameter: 4 tommer, DC strøm: 300 W, argon pres: 10 mTorr, og lukker åbne tid: 80 s (100 nm).
3. spray Coating
Bemærk: En lav viskositet (14 cp) photoresist anvendes i spray belægning proces for at øge spray effektivitet. Photoresist kan let belagt på den Au-spruttede nål, kun når nålen er opvarmet.
- Lave en af kanyler Au-spruttede på et glas dias med dobbeltklæbende tape.
- Placer slide glas på en chuck af spray coater, der opvarmes ved 100 ° C. Vente 2-3 min, indtil kanylen opvarmes tilstrækkeligt.
- Spray photoresist på Au-spruttede nål mens varme nålen ved 100 ° C. Udføre den spray-belægning proces ved hjælp af følgende betingelser. Sæt dyse diameter: 400 µm, dyse bevæger sig hastighed: 70 mm/s, spray pres: 500 kPa, og afstanden mellem chuck og dyse: 13,5 cm.
- Efter spray coating er færdig, forlade glas dias på chuck ved 100 ° C i 3 min til at udføre en blød bagningen.
- Inspicere resultatet ved hjælp af et mikroskop indstillet til 100 X forstørrelse for at afgøre, om photoresist ensartet belægning på den Au-spruttede nål.
4. UV-bestråling og udvikle
Bemærk: I almindelighed, før UV-eksponering, en fleksibel hinde photomask er knyttet til en flad gennemsigtig plade til at fjerne luftspalten mellem photomask og prøve at være udsat for UV-lys. I denne undersøgelse bruges photomask dog uden den flade gennemsigtig plade til at indse direkte metal mønster på den krumme overflade af kanylen. Photomask kan conformably bøjet langs kurven af kanyle til at opnå den bedste mønster beslutning muligt med den kontakt aligner. Bøjning tillader den fleksible photomask til at holde området kontakt mellem photomask og kanylen buet overflade så stor som mulig. At tage en våd ætsning proces (ikke en lift-off proces) for metal mønster i betragtning, er brugen af en positiv photoresist mere fordelagtig end anvendelsen af en negativ photoresist. Dette skyldes, at hele området undtagen elektrode mønster er gennemsigtig, hvilket giver et bredt synsfelt for let at justere elektrode mønster med midten af nålen.
-
For at minimere kile fejl, løft langsomt et frit bevægelige prøve-holding plade indtil det fuldt kontakter den faste photomask-holding plade. Derefter lave stikprøve-bedriften pladen ved hjælp af en pneumatisk pumpe.
- Udføre denne proces skal muligvis undgå uønskede mønstre, som kan være dannet ved spredning af UV-lys i luftmellemrummet og forårsaget af ufuldstændige kontakten mellem prøve- og photomask.
Bemærk: minimering af kile fejl sikrer desuden, at kanyle photoresist-belagt ikke bevæger sig når det kontakter en film photomask i den næste justering skridt, selv om kanylen kontakt overflade har en rund form.
- Udføre denne proces skal muligvis undgå uønskede mønstre, som kan være dannet ved spredning af UV-lys i luftmellemrummet og forårsaget af ufuldstændige kontakten mellem prøve- og photomask.
- Placer kanyle photoresist-belagt på prøve-bedriften pladen i aligner.
-
Juster det projicerede billede af kanyle photoresist-belagt med justeringsmønster af film photomask.
Bemærk: I dette tilfælde justeringsmønster af filmen photomask var udformet som to parallelle linjer i en afstand af 800 µm, overvejer tykkelsen af HST og belagt photoresist.- Juster to grænse linjer af det projicerede billede med to parallelle justering af photomask (figur 1e); kanyle photoresist-belagt kan således placeres i midten af to parallelle tilpasning linjer, med en justering fejl på 10 µm og derunder.
- Overvåge justeringsprocessen i realtid via display skærm tilsluttet til charge - sammen enhed (CCD) kamera og mikroskop.
- Bringe photoresist-belagt kanyle i kontakt med den faste fleksible photomask ved langsomt at løfte nål mod photomask.
- Udføre UV eksponering for 30 s (UV intensitet: 15 mJ/cm2) og følge dette ved at udvikle processen i 3 min.
- Skyl udvikleren af prøven ved hjælp af Deioniseret vand.
- Inspicere resultatet gennem et mikroskop indstillet til 200 X forstørrelse at afgøre, om photoresist klart mønstret på kanyle Au-spruttede. Hvis de eksponerede photoresist ikke fjernes perfekt efter den udvikling oparbejde, Gentag udvikle processen på 30 s intervaller.
5. Cr/Au våd ætsning
Forsigtig: Undgå hud/øje kontakt med den Cr og Au våde produktet.
- Bruge en pincet til at frigøre prøven (photoresist-mønstrede kanyle) fast på glas dias.
- Fordybe prøven i Au våde TIPkan for 1 min.
- Skyl Au TIPkan ud af prøven ved hjælp af Deioniseret vand.
- Inspicere resultatet gennem et mikroskop indstillet til 200 X forstørrelse. Hvis guld er fjernet stadig rester, gentage den våde ætsning proces med 10 s intervaller. Overdrevent lange våde ætsning tid gør den interdigitated elektrode (IDE) tyndere.
- Fordybe prøven i Cr TIPkan for 30 s.
- Skyl Cr TIPkan ud af prøven ved hjælp af Deioniseret vand.
6. fjernelse af resterende Photoresist og Passivation
- Fordybe prøve (metal-mønstrede kanyle) i en acetone løsning for 1 min.
- Skyl prøve med Deioniseret vand og dehydrere den på en varm tallerken ved 105 ° C i 10 min.
- For elektrisk passivation af forbindelse linjer, skære shrink røret så at det er 2-3 mm længere end elektrode (20 mm, den maksimale dybde til at trænge ind), som vist i figur 2, fordi længden af HST vil blive reduceret efter HST krymper.
- Efter positionering HST så vidt muligt fra slutningen af IDE-enheden, hæve temperaturen i HST ved hjælp af en varmepistol ved 150 ° C til stramt passivering nålen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De interdigitated elektroder (IDEs), som vist i figur 2, resultere i en større effektiv sensing område på en begrænset flade sammenlignet med andre figurer af elektroder. Den samlede længde af IDEs er designet til at være 860 µm til at registrere og analysere impedans ændringer på mindre end 1 mm mellemrum i biotissues, som vil give en høj lokalisering nøjagtighed i biopsi og drug delivery procedurer. Den samlede bredde af IDEs er 400 µm, som er en geometrisk muligt dimension på den krumme overflade af kanylen, når du bruger den foreslåede fotolitografi proces. Både bro og bredde af IDEs er så små som 20 µm, som er tæt på de mindste dimensioner af et kommercielt tilgængelige film photomask. Den maksimale indtrængningsdybde æonen i biotissues er designet til at være 20 mm, i betragtning af skjoldbruskkirtlen/prostata biopsier og spinal anæstesi. Den samlede længde af EoN kan justeres afhængigt af programmet.
Som vist i figur 3, IDEs med held fremstillet på spidsen af en kanyle med en diameter på 720 µm. overdosering under UV litografi var forpligtet til at kompensere for UV dosis ubalance som følge af ufuldstændig kontakt mellem den ydre del af photomask og den krumme overflade af kanylen. Dette vil øge kløften og formindske bredden på IDEs i tilfælde af en positiv photoresist. For at løse den negative virkning af de dimensionelle ændringer, var bredden og hullet bevidst designet til at være 25 µm og 15 µm på photomask, henholdsvis. Dermed kan både bredden og hul på IDEs være held fremstillet til at være 20 µm ved at optimere UV eksponeringstid. Fabrikation margin fra spidsen af en kanyle er så lille som 680 µm, som vil undgå unødigt overdrevent invasion i biotissues under elektrisk impedans målingen. En PET HST var ansat som elektrisk isolering lag for både IDEs og forbindelsen linjer, og også som elektrisk passivation lag for linjerne forbindelse. HST funktioner lav elektrisk ledningsevne/Permittivitet, holdbare mekaniske egenskaber i forhold til en poly(p-xylylene) polymer belægning, kemiske resistens over for de fleste syrer og baser og biokompatibilitet.
Ud fra et mekanisk holdbarhed enhed fejl (for eksempel, af isolering lag, passivation lag, og/eller elektroder skrælning off) blev ikke observeret selv efter penetration ind i biotissues mere end 100 gange, mens en poly(p-xylylene) polymer med en væg tykkelse på 1,5 µm ikke udholde indtrængen i svin væv mere end 20 gange. Dette indikerer, at PET HST viste stærk adhæsion med spruttede elektroder samt høj holdbarhed for kliniske forsøg. Viser endvidere, at HST god kemisk resistens for de fleste syrer og baser, som gør det muligt for EoN til at registrere de elektriske egenskaber af forskellige former for kemikalier eller biomaterialer og holder HST holdbare under elektrokemiske aflejring af Au elektroder ved hjælp af syre (H2SO4). Den elektrokemiske deposition proces, Au elektrode lag har tendens til at vokse i fraktale strukturer, som giver effektiv området til sensing elektroderne for markant at øge på begrænset areal af nål til at opnå en højere følsomhed.
At evaluere forskelsbehandling evne til EoN og dens dybde profilering evne til biotissue, forskellige koncentration niveauer af PBS og fire-lags svin væv var ansat, henholdsvis23. Impedans analyzer var forbundet med både EoN og en bærbar computer, som vist i figur 4. For at gennemføre dybde profilering i de fire-lags svin væv, var EoN fastgjort til højde-controller med en opløsning på 10 µm. De forskellige koncentrationsniveauer PBS var udarbejdet som 1 x, 0,5 x 0,25 x, 0,125 x og 0,0625 x, ved seriel fortynding af 1 x PBS med Deioniseret vand. Længder af linjerne IDEs og forbindelsen anvendes i forsøget var 300 µm og 28 mm, henholdsvis. Som vist i figur 5a, kunne EoN med held diskriminere forskellige koncentrationsniveauer af PBS. Fordi 1 x PBS var seriefremstillede fortyndes med Deioniseret vand, faldt den elektriske ledningsevne af fortyndede PBS på grund af den meget lille ledningsevne af Deioniseret vand. Således øget omfanget af impedans som koncentration af PBS faldt. Baseret på diskrimination evnen til EoN, blev dybde profilering af den fire-lags svin væv udført på hyppigheden af 1 MHz, som blev besluttet som den optimale frekvens i vores tidligere forskning. EoN blev indsat i den fire-lags svin væv i intervaller på 1 mm. Som vist i figur 5b, var omfanget af impedans målt fra fedtvæv klart diskrimineres fra af muskelvæv, ifølge indtrængningsdybde-æonen.
Figur 1: skematisk af overordnede EIS-på-en-nål (EoN) fabrikationsproces. (A) forberedelse af kanyle, (B) elektrisk isolering af kanyle ved hjælp af varme skrumpe tube (HST, vægtykkelse: 25 µm), (C) Cr/Au aflejring ved hjælp af sputtering eller fordamper, (D) Spray coating af photoresist (positive type), (E) justeringsprocessen film photomask og photoresist-belagt kanyle efterfulgt af UV-eksponering. Film photomask omfatter mønstre af interdigitated elektroder (IDEs) og justering linje, (F) udviklingsprocessen, (G) Cr/Au våd ætsning, (H) fjernelse af resterende photoresist med acetone, og (I) Passivation på forbindelse linjerne ved hjælp af HST. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: detaljeret strukturelle skematisk æonen. Form af sensing elektroderne var designet til at være fint interdigitated elektroderne for at sikre en større effektiv sensing område på begrænset overfladen af kanylen. En PET Varmekrymperør (HST) blev brugt som elektrisk isolering lag til både de interdigitated elektroder (IDEs) og forbindelsen linjer, og blev brugt som det elektriske passivation lag for forbindelsen linjer. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: mikroskopiske billeder af den med held fabrikerede EoN. Både bredde og hul på IDEs er så lavt som 20 µm. Den samlede længde og bredde af de interdigitated elektroder (IDEs) er 860 µm og 400 µm, henholdsvis. Fabrikation margin fra spidsen er så lille som 680 µm. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: billeder af eksperimentel opsætning. For at evaluere forskelsbehandling evnen til EoN og dens dybde profilering evne i biotissue, var forskellige koncentrationsniveauer af PBS og fire-lags svin væv ansat, henholdsvis. For at gennemføre dybde profilering i de fire-lags svin væv, blev EoN løst på højde-controller med en opløsning på 10 µm. De forskellige koncentrationsniveauer PBS var udarbejdet som 1 x, 0,5 x 0,25 x, 0,125 x og 0,0625 x, ved seriel fortynding af 1 x PBS med deioniseret vand (DI) vand. (en) samlede setup, (b) EoN nedsænket i PBS, og (c) fire-lags svin væv. Dette tal er blevet ændret fra tidligere publicerede undersøgelse23. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: eksperimentelle resultater ved hjælp af PBS og fire-lags svin væv. Evaluering af forskelsbehandling evne til EoN bruger (en) forskellige koncentrationsniveauer af PBS og (b) 4-lags svin væv. Fordi 1 x PBS var seriefremstillede fortyndes med Deioniseret vand, den elektriske ledningsevne af fortyndede PBS faldt med øget fortynding på grund af den lave ledningsevne af Deioniseret vand. Således øget omfanget af impedans som koncentration af PBS faldt. Dybde profilering af svin væv blev udført på hyppigheden af 1 MHz, som var fast besluttet på at være den optimale frekvens i vores tidligere undersøgelse23. Omfanget af impedans målt fra fedtvæv var klart diskrimineres fra af muskelvæv ifølge indtrængningsdybde-æonen. F1, F2, M1 og M2 repræsenterer fedt1, fat2, muscle1 og muscle2 vist i figur 4 (c), henholdsvis. Dette tal er blevet ændret fra tidligere publicerede undersøgelse23. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6: skematisk af en skygge maske til at deponere metal elektroder til bulk produktionen. Skygge maske kan gøres ved hjælp af en 3D-printer med fine opløsning. Skygge maske kan fysisk blokere det område, hvor metal deposition er uønskede i løbet af en fysisk deposition proces, såsom sputtering og/eller fordampning. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi viste, at fotolitografi, ved hjælp af spray coating og en film photomask er en realistisk metode til at fabrikere fine IDEs på den krumme overflade af en kanyle med en lille diameter på mindre end 1 mm. Både bredden og hul på IDEs er så lavt som 20 µm, og fabrikation margin fra spidsen er så lille som 680 µm. Inden for protokollen er justeringsprocessen, herunder kile fejl fjernelse, et kritisk skridt. Produktion udbyttet var over 90%, når EoN blev fremstillet individuelt gennem en streng justeringsprocessen. Dette indikerer, at den foreslåede fabrikation metode har potentiale til at blive udviklet til bulk produktionen til en overkommelig pris.
Forskelsbehandling evne æonen har verificeret tidligere PBS, svin fedt/muskel væv og endda menneskelige nyre væv6,23,24. En klinisk anvendelse er til kirurgi, der involverer den delvise resektion af tumorer at bevare så meget normale væv som muligt ved at opdage den kirurgiske margin mellem normal og læsion væv25. Desuden, EoN forventes at blive udnyttet i andre kliniske applikationer såsom skjoldbruskkirtlen/prostata biopsier og anæstesi medicinafgivelse i en spinal plads.
Selv om bredde og hul på IDEs blev fabrikeret for at være 20 µm i den foreliggende undersøgelse, kan de blive reduceret til 10 µm når opløsningen af printbare film komponeneter øger. En anden måde at reducere dimensioner af afstanden og bredden af IDEs er at overføre mindre mønstre af en chrome maske til en fleksibel film ved hjælp af fotolitografi proces. I mellemtiden, HST vægtykkelse kan reduceres fra 25 µm til en mindre størrelse, der er kommercielt tilgængelige. En mindre HST med godstykkelse på 6 µm var eksperimentelt verificeret anvendes til elektrisk isolering og det passivation lag ved hjælp af den samme fabrikationsproces. Dette vil lette indsættelse eksperimenter i animalsk væv og selv mindske smerter af patienter til klinisk brug.
Metoden fabrikation benytter fotolitografi proces kan udvikles til bulk produktionen med et højt udbytte til en overkommelig pris ved at arrangere mange kanyler sammen og ved at designe en photomask array. En anden mulig metode til bulk produktionen er at bruge en vifte af skygge maske forme fremstillet af et 3D printer med høj opløsning, som vist i figur 6. Skygge maske kan fysisk blokere det område, hvor metal deposition er uønskede i løbet af en fysisk deposition proces, såsom sputtering og/eller fordampning. CR/Au deponeret på shadow maske kan fjernes let ved hjælp af Cr/Au våde TIPkan for genbrug af skygge maske. De forventede begrænsninger skal behandles er som følger: 1) en 3D printer med høj opløsning er påkrævet, 2) materialer i 3D-printer skal være kemisk resistente over for Cr/Au våde TIPkan for genbrug af skygge maske og 3) de materialer der bruges i 3D print is bør ikke deformeres ved temperaturer over 150 ° C, der kan være fremkaldt under den spruttende proces. Den næste plan af den foreliggende undersøgelse er at udvikle metoden bulk produktionen til en overkommelig pris og kontrollere anvendeligheden af EoN i spinal anæstesi og skjoldbruskkirtlen/prostata biopsier.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Dette arbejde blev støttet af "Biomedicinsk integreret Technology Research" projektet gennem tilskud fra GIST i 2017.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Heat shrink tube | VENTION MEDICAL, Inc. | 103-0655 | |
| Hypodermic needle (22G) | HWAJIN MEDICAL co. ltd | - | http://www.hwajinmedical.com |
| Heat gun | Weller | WHA600 | http://www.weller-tools.com/en/Home.html |
| Ultrasonic cleaner | HWASHIN INSTRUMENT CO, LTD. | POWERSONIC 620- | http://www.hwashin.net |
| Hotplate | AS ONE Corporation | 006560 | |
| Sputtering | A-Tech System. Ltd. | ATS/SPT/0208F | http://www.atechsystem.co.kr |
| Glass slide | Paul Marienfeld GmbH & Co. KG | 1000412 | |
| Spray coater | LITHOTEK | LSC-200 | |
| Photoresist | AZ electronic materials | GXR 601 | http://www.merck-performance-materials.com/en/index.html |
| Developer (solution) | AZ electronic materials | MIF 300 | http://www.merck-performance-materials.com/en/index.html |
| Aligner | MIDAS SYSTEM CO.,Ltd. | MDA-400M | http://www.midas-system.com |
| Microscope | NIKON Corporation | L200 | http://www.nikonmetrology.com |
| Au wet etchant | TRANSENE COMPANY, Inc. | Au etchant type TFA | http://transene.com |
| Cr wet etchant | KMG Electronic. Chemicals, Inc. | CR-7 | http://kmgchemicals.com |
| Au target | Thin films and Fine Materials | - | http://www.thifine.co.kr |
| Cr target | Thin films and Fine Materials | - | http://www.thifine.co.kr |
| Argon gas (99.999%) | SINIL Gas Co.Ltd | - | http://www.sigas.kr |
| Acetone solution | OCI Company Ltd | - | http://www.ocicorp.co.kr/company/index.asp |
| Impedance analyzer | Gamry Instruments Inc | Reference 600 | https://www.gamry.com |
| Height Controller | Mitutoyo Corporation | 192-613 | |
| Phosphate buffered saline | Life Technologies Corporation | 10010023 |
References
- Knappe, M., Louw, M., Gregor, R. T. Ultrasonography-guided fine-needle aspiration for the assessment of cervical metastases. Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 126 (9), 1091-1096 (2000).
- Paladini, D. Sonography in obese and overweight pregnant women: clinical, medicolegal and technical issues. Ultrasound Obstet Gynecol. 33 (6), 720-729 (2009).
- Okuda, Y., Mishio, M., Kitajima, T., Asai, T. Cremasteric reflex test as an objective indicator of spinal anaesthesia. Anaesthesia. 55 (6), 587-589 (2000).
- Pryle, B., Carter, J., Cadoux-Hudson, T. Delayed paraplegia following spinal anaesthesia. Anaesthesia. 51 (3), 263-265 (1996).
- SJÖSTRÖM, S., Bläss, J. Severe pain in both legs after spinal anaesthesia with hyperbaric 5% lignocaine solution. Anaesthesia. 49 (8), 700-702 (1994).
- Yun, J., et al. Electrochemical impedance spectroscopy with interdigitated electrodes at the end of hypodermic needle for depth profiling of biotissues. Sens Actuator B-Chem. 237, 984-991 (2016).
- Ye, W. W., Shi, J. Y., Chan, C. Y., Zhang, Y., Yang, M. A nanoporous membrane based impedance sensing platform for DNA sensing with gold nanoparticle amplification. Sens Actuator B-Chem. 193, 877-882 (2014).
- Wang, L., et al. A novel electrochemical biosensor based on dynamic polymerase-extending hybridization for E. coli O157: H7 DNA detection. Talanta. 78 (3), 647-652 (2009).
- Tran, H., et al. An electrochemical ELISA-like immunosensor for miRNAs detection based on screen-printed gold electrodes modified with reduced graphene oxide and carbon nanotubes. Biosens Bioelectron. 62, 25-30 (2014).
- Nguyen, B. T., et al. Membrane-based electrochemical nanobiosensor for the detection of virus. Anal Chem. 81 (17), 7226-7234 (2009).
- Tian, F., Lyu, J., Shi, J., Tan, F., Yang, M. A polymeric microfluidic device integrated with nanoporous alumina membranes for simultaneous detection of multiple foodborne pathogens. Sens Actuator B-Chem. 225, 312-318 (2016).
- Chan, K. Y., et al. Ultrasensitive detection of E. coli O157: H7 with biofunctional magnetic bead concentration via nanoporous membrane based electrochemical immunosensor. Biosens Bioelectron. 41, 532-537 (2013).
- Giaever, I., Keese, C. R. A morphological biosensor for mammalian cells. Nature. 366 (6455), 591 (1993).
- Lu, Y. -Y., Huang, J. -J., Huang, Y. -J., Cheng, K. -S. Cell growth characterization using multi-electrode bioimpedance spectroscopy. Meas Sci Technol. 24 (3), 035701 (2013).
- Müller, J., Thirion, C., Pfaffl, M. W. Electric cell-substrate impedance sensing (ECIS) based real-time measurement of titer dependent cytotoxicity induced by adenoviral vectors in an IPI-2I cell culture model. Biosens Bioelectron. 26 (5), 2000-2005 (2011).
- Nordberg, R. C., et al. Electrical Cell-Substrate Impedance Spectroscopy Can Monitor Age-Grouped Human Adipose Stem Cell Variability During Osteogenic Differentiation. Stem Cells Transl Med. , (2016).
- Messina, W., Fitzgerald, M., Moore, E. SEM and ECIS Investigation of Cells Cultured on Nanopillar Modified Interdigitated Impedance Electrodes for Analysis of Cell Growth and Cytotoxicity of Potential Anticancer Drugs. Electroanalysis. 28 (9), 2188-2195 (2016).
- Abdolahad, M., et al. Single-cell resolution diagnosis of cancer cells by carbon nanotube electrical spectroscopy. Nanoscale. 5 (8), 3421-3427 (2013).
- Lee, H., et al. An endoscope with integrated transparent bioelectronics and theranostic nanoparticles for colon cancer treatment. Nat Commun. 6, 10059 (2014).
- Haemmerich, D., Schutt, D. J., Wright, A. S., Webster, J. G., Mahvi, D. M. Electrical conductivity measurement of excised human metastatic liver tumours before and after thermal ablation. Physiol Meas. 30 (5), 459 (2009).
- Prakash, S., et al. Ex vivo electrical impedance measurements on excised hepatic tissue from human patients with metastatic colorectal cancer. Physiol Meas. 36 (2), 315 (2015).
- Yun, J., Kim, H. W., Kim, H. -I., Lee, J. -H. Electrical impedance spectroscopy on a needle for safer Veress needle insertion during laparoscopic surgery. Sens Actuator B-Chem. 250, 453-460 (2017).
- Yun, J., Kim, H. W., Lee, J. -H. Improvement of Depth Profiling into Biotissues Using Micro Electrical Impedance Spectroscopy on a Needle with Selective Passivation. Sensors. 16 (12), 2207 (2016).
- Yun, J., et al. Micro electrical impedance spectroscopy on a needle for ex vivo discrimination between human normal and cancer renal tissues. Biomicrofluidics. 10 (3), 034109 (2016).
- Kim, H. W., Yun, J., Lee, J. Z., Shin, D. G., Lee, J. H. Evaluation of Electrical Impedance Spectroscopy-on-a-Needle as a Novel Tool to Determine Optimal Surgical Margin in Partial Nephrectomy. Adv Healthc. , (2017).
- Wu, H., et al. Conformal Pad-Printing Electrically Conductive Composites onto Thermoplastic Hemispheres: Toward Sustainable Fabrication of 3-Cents Volumetric Electrically Small Antennas. PLoS One. 10 (8), e0136939 (2015).
- Ahn, C., et al. Direct fabrication of thin film gold resistance temperature detection sensors on a curved surface using a flexible dry film photoresist and their calibration up to 450° C. C. J Micromech Microeng. 23 (6), 065031 (2013).
- Goluch, E. D., et al. Microfluidic method for in-situ deposition and precision patterning of thin-film metals on curved surfaces. Appl Phys Lett. 85 (16), 3629-3631 (2004).
- Hu, X., et al. A degradable polycyclic cross-linker for UV-curing nanoimprint lithography. J Mater Chem C. 2 (10), 1836-1843 (2014).
- Wu, J. -T., Lai, H. -C., Yang, S. -Y., Huang, T. -C., Wu, S. -H. Dip coating cooperated with stepped rotating lithography to fabricate rigid microstructures onto a metal roller. Microelectron Eng. 87 (11), 2091-2096 (2010).
