Summary
שיטת ייצור אלקטרודות interdigitated בסדר (מרווח ורוחב: 20 מיקרומטר) בקצה של מחט תת-עורית (קוטר: 720 מיקרומטר) הוכח באמצעות תרסיס ציפוי גמיש סרט photomask בתהליך פוטוליתוגרפיה.
Abstract
יש לנו הציג שיטה פבריקציה נוספת עכבה חשמלית ספקטרוסקופיה (EIS) - און --מחט (EoN: EIS-ב--מחט) כדי לאתר היעד רקמות בגוף על ידי מדידה וניתוח ההבדלים עכבה חשמלית בין biotissues שונים. מאמר זה מתאר את שיטת ייצור אלקטרודות interdigitated בסדר (אידו) בקצה של מחט תת-עורית באמצעות תרסיס photoresist ציפוי גמיש סרט photomask בתהליך פוטוליתוגרפיה. פוליאתילן terephthalate (PET) חום הפסיכיאטר צינור (HST) עם עובי קיר של מיקרומטר 25 הוא מועסק כשכבת בידוד, פסיבציה. PET HST מראה עמידות מכנית גבוהה יותר בהשוואה פולימרים poly(p-xylylene), אשר היה בשימוש נרחב כחומר ציפוי מבודד. יתר על כן, HST מראה עמידות כימית טובה כדי רוב חומצות ובסיסים, אשר היא יתרון עבור הגבלת נזק כימי היוני. השימוש היוני עדיף במיוחד עבור אפיון חומרים כימיים/biomaterials או ייצור שימוש בכימיקלים בסיסי/חומצי. הפער מפוברק ורוחב של רוחות הן קטן כמו 20 מיקרומטר, רוחב ואורך הכוללת של רוחות הם מיקרומטר 400 ו- 860 מיקרומטר, בהתאמה. השוליים פבריקציה נוספת מקצה (המרחק בין קצה מחט hypodermic נקודת ההתחלה של רוחות) במזרק קטן ממש כמו מיקרומטר 680, המציין את פלישת biotissues ללא צורך מוגזם יכול להימנע במהלך מדידות עכבה חשמלית. היוני יש פוטנציאל גבוה לשימוש קליני, כגון בלוטת התריס ביופסיות ואספקה סם הרדמה בחלל בעמוד השדרה. יתרה מזאת, אפילו בניתוח הכרוך על כריתה חלקית של גידולים היוני יכול להיות מועסק לשמר כמו רקמה נורמלית הרבה ככל האפשר על ידי גילוי השוליים כירורגי (הרקמות שהוסרו עם ניתוח הכריתה של הגידול) בין הרגיל, הנגע רקמות.
Introduction
מזרקים מנוצלים נרחב בבתי חולים ביופסיות ואספקה סמים כי הם זול, קל לשימוש. יש להם גם תכונות מכניות מעולה למרות שלהם בקוטר דק מתאים הפלישה מבנה עם קצוות חדים. במהלך ביופסיה, ברקמות היעד הם לטעום בכף במזרק עם בדיקת אולטרה סאונד הדרכה1. למרות בדיקת אולטרה סאונד ללא קרינה, בטוח עבור העוברים ונשים בהריון, ומספק הדמיה בזמן אמת, זה קשה לראות את האיברים שנמצאים עמוק בתוך הגוף, במיוחד במקרה של חולים שמנים כי גלי אולטראסאונד לא חודר אוויר או רקמות שומן2. בנוסף, מנתח יכול לרכוש מידע עומק בדיקת אולטרה-סאונד מימדי זה הוא מנוצל כמקובל ברוב המכריע של חולים, וכתוצאה מכך הצורך ביופסיות מרובות אם רופאים חוסר מיומנות או לחוות. ב משלוח סמים עבור זריקת הרדמה בעמוד השדרה, רופאים לקבוע כי המחט הגיע השטח בעמוד השדרה אם נוזל מוחי שדרתי (CSF) זורם לתוך המזרק אחורה בזמן בקפידה החדרת המחט אל תוך הגב של המטופל. לאחר שנוכח ריפלוקס CSF, הסם הרדמה מוזרק לתוך שטח בעמוד השדרה3. עם זאת, רופאים סיכון חדירה או לחתוך את סיבי עצב בחלל בעמוד השדרה, גרימת כאב חמור חולים, אפילו לשיתוק4,5. כך, הליך זה דורש גם רופא מיומן. פתרון אחד כדי להתגבר על, להמתיק את הקשיים הנ ל הוא כדי להוסיף פונקציה ניווט במזרק כך ניתן לספק מידע אובייקטיבי על המחט. זה יעזור רופא בקלות לבצע ביופסיה, תרופות, אפילו ניתוח מבלי להסתמך על שיפוטם אמפירי בלבד.
על מנת חשמלית לשפה ברקמות היעד בגוף, מחט תת-עורית בעזרתם של ספקטרוסקופיה עכבה חשמלית (EIS) חיישן כבר הציג כמו EIS-ב--מחט (EoN)6. החיישן EIS מנוצלים כיום בתחום של הנדסה ביו-רפואית עבור יישומים כגון ה-DNA זיהוי7,8,9, חיידקים או הווירוס זיהוי10,11,12 , וניתוח על תאים/רקמות13,14,15,16,17,18,19,20 , 21 , 22. EoN יכול להפלות בין חומרים שונים זה מזה בתחום תדר מבוסס על מוליכות חשמלית, המקדם הדיאלקטרי שלהם. היכולת אפליה של היוני אומתה ברמות שונות ריכוז של פוספט buffered מלוחים (PBS)23,6,של רקמות שומן חזירי/שריר23בכלל אנושית רגילה/סרטן הכליה רקמות24 ,25. יכולת זו של היוני צפוי במידה ניכרת להגביר את הדיוק ביופסיה על-ידי איתור ברקמות היעד המבוסס על הבדלי עכבה חשמלית בין הרקמות הנגע היעד נורמלי הרקמות השכנות. באופן דומה, חקירת הבדלים עכבה חשמלית בין הזרקת סמים מרחב (שטח בעמוד השדרה או אפידורל), הרקמות הסובבות יכול לעזור לרופאים לספק סם הרדמה במיקום היעד המדויק. יתר על כן, יכול להיות מנוצל את היוני חשמלית לגרות את המוח/שריר גם לקבוע של שולי כירורגית אופטימלית במהלך ניתוחים המערבות את כריתה חלקית של גידול, כגון כריתת כליה חלקית, כדי לשמר כמו רקמה נורמלית יותר כמו אפשרי.
אחד האתגרים הגדולים ביותר מימוש של היוני הוא הזיוף של אלקטרודות על פני מעוקל מחט תת-עורית בעל רדיוס קטן של עקמומיות. המתבנת מתכת ישירה באמצעות תהליך פוטוליתוגרפיה הקונבנציונלית יש נחשב מתאים הזיוף של אלקטרודות מיקרו בגודל על מצע מעוקל עם קוטר של מספר מילימטרים או פחות. עד כה, בשיטות שונות, כולל קונפורמיים ההדפסה26, גמיש יבש הסרט photoresist27, שיטת microfluidic28, nanoimprint ליתוגרפיה29ו המצע-סיבוב ליתוגרפיה30, כבר הציג בפני לפברק תבניות מתכת/פולימר על משטח מעוקל. עם זאת, יש עדיין מגבלות בשל הדרישות EoN, כגון המצע נדרש בקוטר של פחות מ 1 מ"מ, אורך אלקטרודה סך של 20 מ מ או יותר, רוחב, פער של אלקטרודות הנעות בעשרות מיקרומטר וייצור נפח גבוה.
במחקר הנוכחי, ישיר מתכת המתבנת בהחלת photoresist תרסיס ציפוי ו photomask סרט גמיש מוצע להבין אלקטרודות מיקרו בגודל על פני מעוקל מחט תת-עורית. הקוטר של המחט הוא קטן כמו 720 מיקרומטר (22-מד), אשר נמצא בשימוש נפוץ ביופסיות ואספקה סמים בבתי חולים. התשואה הייצור של השיטה המוצעת פבריקציה נוספת מחושבת גם כדי לקבוע את הכדאיות של ייצור בכמות גדולה במחיר סביר.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. בידוד חשמלי של מזרק תת-עורי
הערה: צינור הפסיכיאטר חום שקוף (HST) הוא מועסק לבידוד חשמלי של מחט תת-עורית כי הוא 720 מיקרומטר קוטר 32 מ מ אורך. HST עשוי פוליאתילן terephthalate (PET), אשר מראה עמידות כימית טובה כדי רוב חומצות ובסיסים, עמידות מכנית מעולה ואת התאימות. הקוטר הפנימי הראשוני ואת עובי הקיר של HST הם 840 מיקרומטר ו 25 מיקרומטר, בהתאמה. הקוטר של HST נוטה להיות מופחת על ידי יותר מ- 50% בטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס, עם הפחתה גדולה אף יותר בטמפרטורות גבוהות יותר עד 190 מעלות צלזיוס. שימו לב כי חיות מחמד HST חומר הטרמוסטי שהמאפיין של ההתהוות לצמיתות קשה ונוקשה כאשר נרפא. ניתן לכוונן את הגודל של מחט hypodermic, מתכווץ בהתאם מטרת המחקר והיישומים. תהליך ייצור הכולל גרפית מסוכם באיור1.
- לחתוך HST באורך של 3 ס"מ. התאם את אורך הצינור תלוי בעומק חדירה במזרק.
- הכנס במזרק לתוך החתך HST.
- לכווץ את הצינורית באמצעות אקדח חום בטמפרטורה של 150 מעלות צלזיוס, אשר מוגדר למנוע התכווצות בלתי רצויים נוספים בעת התייבשות מתבצע ב 105 ° C תהליך ניקוי (בשלב 1.6).
- הפרד במזרק של ה-hub שלו.
- נקה במזרק מבודדים על ידי HST בתוך אמבט מים (DI) יונים (20 ° C) עם עצבנות אולטראסוניות-30 קילו-הרץ וכוח 350 W.
- מייבשים במזרק מבודדים על ידי HST על גזייה ב 105 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות.
2. Au התצהיר באמצעות התזה
הערה: במחקר זה, התהליך המלהגים זמין משמש להפקיד רובד Au עבור אלקטרודות, למרות תהליך אידוי e-קרן יכול להיות שיטה חלופית. זה אושר, כי עליית הטמפרטורה המושרה בתהליך המלהגים לעתים נדירות גורמת הצטמקות נוספת של HST. עם זאת, תהליך זה נמשך יותר מ כמה דקות אולי חום HST מעל הטמפרטורה הצטמקות הראשונית. זה יכול לגרום הצטמקות נוספת של HST, וכתוצאה מכך עלייה בשוליים פבריקציה נוספת מהקצה.
- לארגן את מזרקים נקי מבודדים על ידי HST לצד השני על משטח זכוכית באמצעות סרט הדבקה דו-צדדי עבור התצהיר Cr/Au.
-
באמצעות ציוד לציפוי ידי ריסוס, להפקיד Cr/Au על מזרקים נקי מבודדים על ידי HST.
הערה: במקרה זה, עוביים של Cr ו- Au היו 10 nm ו- 100 ננומטר, בהתאמה (Cr היה משמש עבור השכבה אדהזיה בין HST השכבה Au).- לארגן מחטים רבים ככל האפשר כדי להפחית את זמן ייצור ועלות הפקה. השתמש המלהגים לתנאים להלן הפקדה 10 ננומטר Cr ו- 100 ננומטר Au.
- Cr התזה, להגדיר Cr היעד קוטר: 4 אינץ ', כוח RF: 300 W, ארגון לחץ: 5 mTorr, הצמצם פתוח זמן: 20 s (10 ננומטר).
- עבור Au התזה, השתמש ב- Au היעד קוטר: 4 אינץ ', DC חשמל: 300 W, ארגון לחץ: 10 mTorr, הצמצם פתוח זמן: 80 s (100 ננומטר).
3. ריסוס ציפוי
הערה: נמוך צמיגות (14 cp) photoresist משמש תהליך ציפוי ספריי כדי להגביר את היעילות ספריי. Photoresist יכול להיות בקלות מצופה המחט בהיסוס Au רק כאשר המחט מחומם.
- לפתור באחת בהיסוס-Au-מזרקים על משטח זכוכית באמצעות סרט הדבקה דו-צדדי.
- המקום שקופיות על זכוכית צ'אק coater תרסיס כי הוא מחומם ב 100 מעלות צלזיוס. יש להמתין 2-3 דקות עד המחט הוא מחומם מספיק.
- לרסס את photoresist על המחט בהיסוס Au תוך חימום המחט ב 100 מעלות צלזיוס. לבצע את התהליך תרסיס ציפוי באמצעות התנאים הבאים. קוטר הנחיר קבע: 400 מיקרומטר, זרבובית העברת מהירות: 70 מ"מ/s, ספריי לחץ: 500 kPa, והמרחק בין צ'אק ו זרבובית: 13.5 ס"מ.
- לאחר סיום ריסוס ציפוי, להשאיר את השקופית זכוכית הצ'אק ב 100 מעלות צלזיוס למשך 3 דקות לבצע תהליך האפיה רך.
- ובחן את התוצאה באמצעות מיקרוסקופ מוגדר כ- 100 X הגדלה כדי לקבוע אם photoresist בצורה אחידה מצופה המחט בהיסוס-Au.
4. UV חשיפה ופיתוח
הערה: באופן כללי, לפני החשיפה UV, photomask הסרט גמישות מחוברת צלחת שטוחה שקופה כדי להסיר את הפער אוויר בין photomask את המדגם יהיה חשוף לאור UV. עם זאת, במחקר זה, photomask שימוש ללא לצלחת שטוחה שקופה להבין מתכת ישירות על המשטח מעוקל במזרק. יכול photomask conformably התכופף לאורך העקומה במזרק כדי להשיג את הטוב ביותר תכנים ברזולוציה ריאלי עם aligner הקשר. הכיפוף מאפשרת את photomask גמיש לשמור על איזור המגע בין photomask את פני מעוקל במזרק גדול ככל האפשר. הלח התחריט (לא תהליך ההמראה) מתכת תכנים בחשבון, השימוש photoresist חיובית היא יתרון יותר מאשר השימוש photoresist שלילי. זה בגלל האזור כולו למעט התבנית אלקטרודה היא שקופה, ובכך מספק שדה ראייה רחב כדי ליישר בקלות את התבנית אלקטרודה עם המרכז של המחט.
-
כדי למזער שגיאות טריז, לאט להרים צלחת דוגמת החזקת מטלטלין בחופשיות עד שהוא מלא קשר את הצלחת photomask החזקת קבוע. לאחר מכן, לתקן את הצלחת החזקת מדגם באמצעות משאבה פנאומטית.
- לבצע את התהליך הזה יכול למנוע דפוסי בלתי רצויות, אשר עשוי להיות נוצר על ידי הפיזור של אור UV ב הפער אוויר, הנגרמת על ידי מגע לא שלם בין מדגם לבין photomask.
הערה: בנוסף, צמצום טריז שגיאה מבטיחה כי במזרק מצופים photoresist לא זזה כאשר זה יוצר קשר של photomask הסרט בשלב יישור הבא, אף-על-פי השטח קשר במזרק יש צורה עגולה.
- לבצע את התהליך הזה יכול למנוע דפוסי בלתי רצויות, אשר עשוי להיות נוצר על ידי הפיזור של אור UV ב הפער אוויר, הנגרמת על ידי מגע לא שלם בין מדגם לבין photomask.
- הצב במזרק מצופים photoresist על צלחת דוגמת החזקת aligner.
-
יישור התמונה המוקרנת של המזרק מצופים photoresist עם התבנית יישור של photomask הסרט.
הערה: במקרה זה, הדפוס יישור של photomask הסרט תוכנן כמו שני קווים מקבילים במרחק של 800 מיקרומטר, בהתחשב העובי של HST, מצופה photoresist.- יישור שני קווי הגבול של התמונה המוקרנת עם שתי שורות מקבילות יישור photomask (איור 1e); לפיכך, ניתן למקם במזרק מצופים photoresist במרכז שני קווי יישור במקביל, עם שגיאה יישור של 10 מיקרומטר ומטה.
- לפקח על תהליך יישור ב בזמן אמת באמצעות תצוגת הצג המחובר המצלמה תשלום מצמידים מכשיר (CCD) מיקרוסקופ.
- להביא מצופים photoresist במזרק במגע עם photomask גמיש קבוע ידי לאט להרים את המחט לכיוון photomask.
- לבצע חשיפה UV ב-30 s (UV אינטנסיביות: mJ/cm 152) ובצע זאת על ידי תהליך הפיתוח למשך 3 דקות.
- לשטוף היזם מתוך המדגם באמצעות די מים.
- ובחן את התוצאה דרך מיקרוסקופ מוגדר כ- 200 X הגדלה כדי לקבוע אם photoresist הוא בדוגמת בבירור על המזרק בהיסוס-Au. אם photoresist חשוף לא מוסר לחלוטין לאחר תהליך הפיתוח, חזור על תהליך הפיתוח במרווחי s 30.
5. Cr/Au רטוב תחריט
התראה: להימנע עור/עיניים קשר עם Cr ו- Au etchants רטוב.
- השתמש פינצטה כדי לנתק את הדגימה (בדוגמת photoresist מחט hypodermic) קבוע על השקופית זכוכית.
- לטבול את הדגימה אל etchant רטוב Au עבור 1 דקות.
- יש לשטוף את etchant Au מתוך המדגם באמצעות די מים.
- ובחן את התוצאה דרך מיקרוסקופ מוגדר כ- 200 X הגדלה. אם הזהב להיות הסיר עדיין נשאר, חזור את רטובה התחריט במרווחי s 10. איכול רטוב יתר על המידה זמן זמן הופך את האלקטרודה interdigitated (IDE) דק יותר.
- לטבול את הדגימה אל etchant Cr ב-30 s.
- יש לשטוף את etchant Cr מתוך המדגם באמצעות די מים.
6. הסרת Photoresist שיורית, פסיבציה
- לטבול את הדגימה (בדוגמת מתכת מחט hypodermic) לתוך פתרון אצטון עבור 1 דקות.
- לשטוף את הדגימה עם מים DI, מייבשים אותו על פלטה חמה ב 105 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות.
- לפסיבציה חשמל של חיבור קווי, לחתוך את שרוול מתכווץ כך שזה 2-3 מ מ ארוך יותר האלקטרודה (20 מ מ, העומק המרבי לחדור), כפי שמוצג באיור 2, כי האורך של HST יקטן לאחר HST מכווץ.
- לאחר מיקום HST רחוק ככל האפשר מן הסוף של ה-IDE, להעלות את הטמפרטורה של HST באמצעות אקדח חום ב 150 ° C כדי passivate בחוזקה את המחט.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
האלקטרודות interdigitated (אידו), כפי שמוצג באיור 2, התוצאה אזור גדול יותר חישה יעיל על משטח מוגבל לעומת צורות אחרות של אלקטרודות. אורכה הכולל של רוחות נועד להיות מיקרומטר 860 לזהות ולנתח את השינויים עכבה-פחות מ 1 מ"מ במרווחים biotissues, אשר תספק רמת דיוק גבוהה איתור בהליכים משלוח ביופסיה וסמים. הרוחב הכולל של רוחות הוא 400 מיקרומטר, אשר הוא מימד ריאלי גיאומטריים על פני מעוקל במזרק בעת שימוש התהליך פוטוליתוגרפיה המוצע. הפער והן ברוחב של רוחות הם קטן כמו 20 מיקרומטר, המקורב הממדים מינימום של photomask הסרט זמינים מסחרית. עומק חדירה מקסימלית היוני לתוך biotissues נועד להיות 20 מ מ, בהתחשב ביופסיות ערמונית/בלוטת התריס ו זריקת הרדמה בעמוד השדרה. ניתן להתאים את האורך הכולל של היוני בהתאם ליישום.
כפי שמוצג באיור3, רוחות מיוצרים בהצלחה בקצה במזרק בקוטר של 720 מיקרומטר. יתר במהלך UV ליתוגרפיה נדרשה כדי לפצות על חוסר האיזון במינון UV הנובעות קשר לא מושלם בין החיצוני חלק את photomask ואת השטח מעוקל של המזרק. זה להגדיל את הפער, להקטין את הרוחב של רוחות במקרה photoresist חיובי. כדי לפתור את תופעת לוואי על שינויים ממדית, לרוחב והפער תוכננו בכוונה להיות מיקרומטר 25 וגם 15 מיקרומטר-photomask, בהתאמה. ובכך, הן ברוחב והן את הפער של רוחות יכול להיות בהצלחה מפוברק כדי להיות 20 מיקרומטר ולמצות את זמן החשיפה UV. השוליים פבריקציה נוספת של קצה המזרק הוא קטן כמו 680 מיקרומטר, אשר ימנעו יתר שלא לצורך פלישת biotissues במהלך המדידה עכבה חשמלית. HST חיית המחמד הועסק כשכבת בידוד חשמלי עבור רוחות והן את קווי החיבור, וגם את שכבת פסיבציה חשמל עבור חיבור קווי. התכונות HST נמוך מוליכות חשמל/הדיאלקטרי, עמיד תכונות מכניות בהשוואה ציפוי, עמידות כימית רוב חומצות בסיסים ושל הביו פולימר poly(p-xylylene).
מנקודת המבט של עמידות מכנית, כשל בהתקן (למשל, בידוד שכבה, שכבת פסיבציה, ו/או אלקטרודות מתקלפת) לא נצפתה גם לאחר חדירה לתוך biotissues יותר מ 100 פעמים, ואילו פולימר poly(p-xylylene) עם קיר בעובי של 1.5 מיקרומטר לא שרד חדירה לרקמות חזירי יותר מ-20 פעמים אפשרות זו מציינת כי PET HST הראו הדבקה חזקה עם אלקטרודות בהיסוס, כמו גם עמידות גבוהה לניסויים קליניים. יתר על כן, HST מראה עמידות כימית טובה כדי רוב חומצות ובסיסים, אשר מאפשר את היוני לזהות את תכונות חשמליות של סוגים שונים של כימיקלים או biomaterials ושומר HST עמיד בזמן בתצהיר אלקטרוכימי של אלקטרודות Au באמצעות תמיסה חומצית (H2אז4). בתהליך אלקטרוכימי התצהיר, השכבה אלקטרודה Au נוטה לגדול בתוך מבנים פרקטלית, אשר מאפשר יעיל בתחום האלקטרודות חישה להגדיל באופן משמעותי על פני השטח מוגבל של המחט כדי להשיג רגישות גבוהה יותר.
כדי להעריך את יכולת אפליה בין את היוני שלה עומק פרופיל לתוך biotissue, ריכוז שונים, רמות של PBS ארבע חזירי שכבתי הועסקו בהתאמה23. במנתח עכבה חובר את היוני והן נישא, כפי שמוצג באיור4. כדי לבצע את עומק פרופיל לתוך הרקמה חזירי ארבע שכבות, היוני היה קבוע אל בקר גובה, עם רזולוציה של 10 מיקרומטר. רמות ריכוז שונות של PBS הוכנו כ 1 x, 0.5 x, 0.25 x, 0.125 x, ו- 0.0625 x, על ידי דילול של PBS 1 x עם מים DI באופן סדרתי. אורך הקווים אידו וחיבור המשמשים את הניסוי היה 300 מיקרומטר ו 28 מ מ, בהתאמה. כפי שמוצג באיור 5a, היוני יכול להפלות בהצלחה רמות שונות ריכוז של PBS. כי טוב, מגניב 1 x היה מדולל באופן סדרתי במים DI, מוליכות חשמלית של PBS מדולל ירד בגלל מוליכות מים די קטן מאוד. לפיכך, סדר הגודל של עכבה גדל ככל שרמת הריכוז PBS ירד. בהתבסס על היכולת אפליה של EoN, עומק פרופיל של הרקמה חזירי ארבע שכבות בוצע בבית התדירות של 1 מגה-הרץ, אשר הוחלט כמו תדירות אופטימלית במחקר הקודם שלנו. היוני הוכנס לתוך הרקמה חזירי ארבע שכבות-במרווחים של 1 מ מ. כפי שמוצג באיור 5b, סדר הגודל של עכבה נמדד מאמצע רקמת השומן היה בבירור היפלו מזו של רקמת שריר, לפי עומק החדירה היוני.
איור 1: סכימטי של הכללית EIS-ב--מחט (EoN) תהליך ייצור- (א) הכנת תת-עוריות, בידוד חשמלי (B) של מחט hypodermic באמצעות חום לכווץ צינור (HST, עובי הקיר: 25 מיקרומטר), (ג) Cr/Au התצהיר באמצעות התזה או מפזר, (ד) תרסיס ציפוי של photoresist (סוג חיובי), (ה) תהליך יישור של הסרט photomask מצופים photoresist מחט hypodermic ואחריו חשיפה UV. Photomask הסרט כולל דפוסים של אלקטרודות interdigitated (אידו) וקו יישור, תהליך הפיתוח (F) , (G) Cr/Au רטוב לתחריט, (H) פינוי שאריות photoresist באמצעות אצטון, (I) פסיבציה על חיבור קווים באמצעות HST. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: מפורט מבניים סכמטית היוני. צורת האלקטרודות חישה תוכננה להיות בסדר interdigitated אלקטרודות לאבטחת אזור גדול יותר חישה יעיל על פני מוגבל במזרק. צינור הפסיכיאטר חום PET (HST) שימש את שכבת בידוד חשמלי האלקטרודות interdigitated (אידו) וגם את קווי החיבור, שימש גם שכבת פסיבציה חשמל עבור חיבור קווי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3: תמונות מיקרוסקופיות של היוני בהצלחה מפוברק. רוחב והן פער של רוחות הם נמוך כמו 20 מיקרומטר. האורך והרוחב הכולל של האלקטרודות interdigitated (אידו) הם מיקרומטר 860 ו 400 מיקרומטר, בהתאמה. השוליים פבריקציה נוספת מקצה קטן ממש כמו מיקרומטר 680. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4: תמונות של הגדרת הניסוי. כדי להעריך את היכולת אפליה של היוני ואת העומק שלה פרופיל לתוך biotissue, רמות שונות של ריכוז של PBS ורקמות חזירי ארבע שכבות הועסקו, בהתאמה. כדי לבצע את עומק פרופיל לתוך הרקמה חזירי ארבע שכבות, היוני היה קבוע בבקר גובה עם רזולוציה של 10 מיקרומטר. רמות ריכוז שונות של PBS הוכנו כ 1 x, 0.5 x, 0.25 x, 0.125 x, ו- 0.0625 x, על ידי דילול באופן סדרתי של PBS 1 x עם מים (DI) יונים. () התצורה הכללית, (b) EoN שקוע PBS, ו- (ג) ארבע חזירי שכבתי. איור זה השתנה מ מחקר שפורסם בעבר23. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 5: תוצאות הניסוי באמצעות PBS ואת ארבע חזירי שכבתי. הערכה של יכולות אפליה EoN באמצעות () רמות שונות ריכוז של PBS ו- (b) ארבע חזירי שכבתי. כי טוב, מגניב 1 x היה מדולל באופן סדרתי במים DI, מוליכות חשמלית של PBS מדולל ירד עם דילול מוגבר בגלל מוליכות נמוכה של מים DI. לפיכך, סדר הגודל של עכבה גדל ככל שרמת הריכוז PBS ירד. עומק פרופיל של הרקמה חזירי בוצע בבית התדירות של 1 מגה-הרץ, אשר היה נחוש בדעתו להיות תדירות אופטימלית המחקר הקודם שלנו23. סדר הגודל של עכבה נמדד מאמצע רקמות שומן היה בבירור היפלו מזו של רקמות שריר לפי עומק החדירה היוני. F1, F2, M1 ו- M2 מייצגים fat1, fat2, muscle1 ו- muscle2 שמוצג באיור 4 (ג), בהתאמה. איור זה השתנה מ מחקר שפורסם בעבר23. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 6: סכימטי של מסיכת רשת צל להפקיד אלקטרודות מתכת לייצור צובר. המסכה צל יכול להתבצע באמצעות מדפסת תלת-ממד ברזולוציה משובחים. המסכה צל פיזית יכולה לחסום את האזור שבו התצהיר מתכת שהיא אינה רצויה במהלך תהליך התצהיר פיזי, כגון sputtering ו/או אידוי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
להדגים את פוטוליתוגרפיה באמצעות תרסיס ציפוי ו- photomask של הסרט היא שיטה האפשריים כדי לבדות אידו בסדר על-פני מעוקל מחט תת-עורית בקוטר קטן של פחות מ 1 מ"מ. הן ברוחב והן את הפער של רוחות נמוך כמו 20 מיקרומטר, השוליים פבריקציה נוספת מקצה קטן ממש כמו מיקרומטר 680. בתוך הפרוטוקול, תהליך יישור, כולל הסרת שגיאה טריז, היא שלב קריטי. התשואה הייצור היה מעל 90%, כאשר היוני היה מיוצר בנפרד באמצעות תהליך יישור קפדני. אפשרות זו מציינת כי שיטת ייצור המוצע יש פוטנציאל להיות מפותח לייצור צובר במחיר סביר.
היכולת אפליה של היוני אומת בעבר PBS, רקמות שומן חזירי/שריר, רקמות הכליה בכלל אנושית6,23,24. יישום קליני אחד הוא עבור ניתוח הכרוך של כריתה חלקית של גידולים כדי לשמר כמו רקמה נורמלית הרבה ככל האפשר על ידי גילוי בשוליים כירורגי שבין רגיל והנגע רקמות25. יתר על כן, היוני צפוי להיות מנוצל ביישומים קליניים אחרים כגון בלוטת התריס/הערמונית ביופסיות ואספקה סם הרדמה בחלל בעמוד השדרה.
למרות פער של רוחות והרוחב זוייפו להיות 20 מיקרומטר במחקר הנוכחי, הם יכול להיות מופחת 10 מיקרומטר, ברגע מגביר הרזולוציה של הסרט להדפסה photomasks. דרך נוספת כדי לצמצם את ממדי הפער ואת הרוחב של רוחות היא להעביר דפוסים קטנים יותר של מסכה כרום סרט גמיש באמצעות תהליך פוטוליתוגרפיה. בינתיים, עובי הקיר של HST יכול להיות מופחת של 25 µm גודל קטן יותר זמין מסחרית. HST קטנים יותר עם עובי קיר של מיקרומטר 6 אומתה השפעול שישמש עבור בידוד חשמלי, את שכבת פסיבציה שימוש באותו תהליך ייצור. זה להקל על הכניסה ניסויים לרקמות חיות, אפילו להפחית את הכאב של מטופלים בשימוש קליני.
ניתן לפתח את שיטת ייצור באמצעות תהליך פוטוליתוגרפיה לייצור צובר עם תשואה גבוהה במחיר סביר על-ידי סידור מזרקים רבות ביחד, על-ידי עיצוב מערך photomask. שיטה אפשרית נוספת לייצור צובר היא להשתמש מערך של תבניות מסיכת צל שנעשו על ידי מדפסת תלת-ממד עם רזולוציה גבוהה, כפי שמוצג באיור 6. המסכה צל פיזית יכולה לחסום את האזור שבו התצהיר מתכת שהיא אינה רצויה במהלך תהליך התצהיר פיזי, כגון sputtering ו/או אידוי. Cr/Au שהופקדו על המסכה צל ניתן בקלות להסיר באמצעות etchant רטוב Cr/Au לשימוש חוזר של המסכה צל. המגבלות הצפוי יש לטפל הן כדלקמן: 1) מדפסת תלת-ממד עם רזולוציה גבוהה נדרשת, 2) החומרים שנעשה בהם שימוש במדפסת תלת-ממד צריכים להיות עמידים כימית Cr/Au etchant רטוב לשימוש חוזר של המסכה צל ולהדפיס 3) חומרים המשמשים 3D er יש עיוות בטמפרטורות מעל 150 ° C זה עשוי להיגרם במהלך תהליך המלהגים. התוכנית הבאה של המחקר הנוכחי היא לפתח את שיטת הייצור בתפזורת במחיר סביר, כדי לבדוק את הישימות של היוני זריקת הרדמה בעמוד השדרה, ביופסיות ערמונית/בלוטת התריס.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
עבודה זו נתמכה על ידי בפרויקט "מחקר ביו טכנולוגיה משולבת" באמצעות מענק שמספק העיקר ב-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).
