Summary
İmalat yöntemi iyi interdigitated elektrotlar için (boşluk ve Genişlik: 20 µm) bir şırınga iğnesi ucunda (çapı: 720 µm) fotolitografi sürecinde bir sprey kaplama ve bükülgen ince tabaka photomask kullanarak gösterilmiştir.
Abstract
-On - elektrik empedans spektroskopisi (EIS) için bir üretim yöntemi girmiştik bir-iğne (EoN: iğne üzerinde EIS) hedef dokulara vücutta tarafından ölçme ve analiz birbirine benzemeyen biotissues arasında elektrik empedans farklılıkları bulmak için. Bu kağıt kaplama fotorezist sprey ve bükülgen ince tabaka photomask fotolitografi sürecinde kullanarak Hipodermik İğne ucunda iyi interdigitated elektrotlar (IDE) imalat yöntemi açıklar. Bir polietilen tereftalat (PET) ısı küçültme (HST) ile tüp kalınlığı 25 µm izolasyon ve pasivasyon katman olarak istihdam edilmektedir. Evde beslenen hayvan HST yaygın bir yalıtkan kaplama malzemesi olarak kullanılan poly(p-xylylene) polimerler ile karşılaştırıldığında daha yüksek bir mekanik dayanıklılık gösterir. Ayrıca, HST EoN kimyasal zarar sınırlamak için avantajlı olduğu çoğu asitler ve bazlar, iyi kimyasal direnç gösterir. EoN kullanımı özellikle Kimyasalları/biyomalzemelerin veya asidik/temel kimyasallar kullanarak imalat karakterizasyonu için tercih edilir. Uydurma bir boşluk ve IDE genişliğini 20 µm küçük ve genel genişliği ve uzunluğu IDE 400 µm ve 860 µm, sırasıyla vardır. İmalat kenar boşluğundan Hipodermik iğne ucu (Hipodermik iğne ucu ve IDE başlangıç noktası arasındaki uzaklık) 680 µm kadar küçük olan bu gereksiz yere aşırı işgali biotissues içine gösterir sırasında önlenebilir Elektrik empedans ölçümü. EoN tiroid biyopsisi ve anestezi ilaç dağıtım bir omurga alanı gibi klinik kullanım için yüksek bir potansiyele sahiptir. Ayrıca, kısmi rezeksiyon tümörlerin içeren bile ameliyatta, EoN mümkün olduğunca çok normal doku cerrahi kenar boşluğu (tümör cerrahi eksizyon ile kaldırılır normal doku) algılayarak arasında normal koruyabilir için istihdam edilebilir ve lezyon dokular.
Introduction
Çünkü ucuz ve kullanımı kolay Hipodermik İğne biyopsileri ve ilaç dağıtım için hastanelerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda onların ince çapı ve işgal için uygun bir keskin kenarlı yapısı rağmen mükemmel mekanik özellikleri var. Biyopsi sırasında hedef dokulara Hipodermik İğne Ultrasonografi rehberlik1boş tatmak. Ultrasonografi radyasyon, fetus ve hamile kadınlar için güvenli ücretsizdir ve gerçek zamanlı görüntüleme sağlar, ultrasonik dalgalar hava nüfuz edemez çünkü olan obez hastalar durumunda özellikle vücut içinde derin organları görmek zor olsa da veya yağlı doku2. Buna ek olarak, bir cerrah hastaneler, doktorlar beceri eksikliği varsa birden fazla biyopsi ihtiyacını sonuçlanan çoğunda standart olarak kullanılan iki boyutlu Ultrasonografi derinlik bilgi edinemez veya deneyim. Spinal anestezi için ilaç dağıtım içinde Doktorlar beyin-omurilik sıvısı (bos) geriye doğru akar şırınga dikkatle iğne hastanın arkasına eklerken Eğer iğne omurga alanı ulaştı belirlemek. CSF reflü onayladıktan sonra anestezi uyuşturucu omurga alanı3içine enjekte edilir. Ancak, doktorlar şiddetli ağrı neden hasta ve hatta parapleji4,5delici veya sinir lifleri spinal uzayda kapalı kesme riske. Bu nedenle, bu yordam da usta bir doktor gerektirir. İğne pozisyonu hakkında objektif bilgi sağlanan Hipodermik İğne bir gezinme işlevini eklemeniz üstesinden gelmek ve söz konusu zorluklar azaltmak için bir çözüm olabilir. Bu bir doktor kolayca kendi ampirik karar sadece dayanarak olmadan biyopsi, ilaç dağıtım ve hatta bir cerrahi gerçekleştirmek yardımcı olacaktır.
Elektriksel olarak hedef dokulara vücutta bir elektrik empedans spektroskopisi birleştiren bir şırınga iğnesi yerelleştirmek için (EIS) sensör EIS-on-a-iğne (EoN)6tanıtılmıştır. EIS sensör şu anda DNA algılama7,8,9, bakteri/virüs hafiye10,11,12 gibi uygulamalar için Biyomedikal Mühendisliği alanında kullanılmaktadır ve hücre/doku13,14,15,16,17,18,19,20 üzerinde analiz , 21 , 22. EoN kendi elektriksel iletkenlik ve geçirgenlik dayalı bir frekans etki alanındaki farklı malzemeler arasında ayrımcılık. EoN ayrımcılık yeteneği konsantrasyon ve çeşitli düzeylerini fosfat tamponlu tuz (PBS)23, domuz yağ/kas dokuları6,23, insan bile böbrek normal/kanser dokuları24 için doğrulandı ,25. EoN bu yeteneğini hedef lezyon doku ve komşu normal dokuların arasında elektrik empedans farklılıkları temel alan hedef dokulara bularak biyopsi doğruluğu önemli ölçüde artırması bekleniyor. Benzer bir şekilde soruşturma uyuşturucu enjekte arasında elektrik empedans farklılıkları (spinal ya da epidural boşluk) uzay ve dokuları çevreleyen bir anestezi uyuşturucu tam hedef yeri teslim hekimler yardımcı olabilir. Ayrıca, EoN elektrikle ilgili çok normal doku olarak korumak için kısmi nefrektomi gibi bir tümör kısmi rezeksiyonu ameliyat sırasında en uygun cerrahi kenar boşluğu belirlemek için beyin/kas de uyarmak için kullanılması gereken mümkün.
EoN gerçekleştirilmesi en büyük zorluklardan biri küçük bir eğrilik yarıçapı sahip bir şırınga iğnesi kavisli yüzeyi elektrotlar imalatı var. Geleneksel fotolitografi işlemiyle doğrudan metal desenlendirme mikro ölçekli elektrotlar bir eğri yüzey üzerinde fabrikasyon birkaç milimetre çapında için uygun olmayan veya daha az olarak kabul edilmiştir. Şimdiye kadar açıkorurdur yazdırma26, esnek dahil olmak üzere çeşitli yöntemleri film fotorezist27, mikrosıvısal yöntemi28, nanoimprint litografi29ve substrat-saat yönünde litografi30kuru, olmuştur metal/polimer desenleri bir eğri yüzey üzerinde imal tanıştırdı. Ancak, hala sınırlamaları gibi çapı 1 mm den az, toplam elektrot uzunluğu 20 mm veya daha fazla gerekli substrat EoN gereksinimleri nedeniyle, genişlik ve elektrot arasında değişen on mikrometre ve yüksek hacimli üretim boşluğu vardır.
Bu da çalışmanın, istihdam fotorezist sprey kaplama ve bükülgen ince tabaka photomask tarafından doğrudan metal desenlendirme mikro ölçekli elektrotlar bir şırınga iğnesi eğri yüzey üzerinde gerçekleştirmek için önerilmiştir. Çapı iğne biyopsileri ve hastanelerde ilaç dağıtım için yaygın olarak kullanılan 720 µm (22 lik) olduğu kadar küçük. Önerilen imalat yöntemi üretim verimini de toplu üretim uygun fiyata fizibilite belirlemek için değerlendirilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Elektrikli yalıtım Hipodermik İğne
Not: Saydam ısı küçültme tüp (HST) 720 µm çapı ve uzunluğu 32 mm bir şırınga iğnesi elektrik yalıtımı için istihdam edilmektedir. HST polietilen tereftalat (PET), çoğu asitler iyi kimyasal direnç gösterir ve üsleri, mükemmel mekanik dayanıklılık ve Biyouyumluluk yapılır. İlk iç çap ve HST et kalınlığı 840 µm ve 25 µm, sırasıyla vardır. HST çapı ile daha yüksek sıcaklıklarda daha büyük azaltma fazla % 50 100 ° c sıcaklıkta düşülmesi eğilimi kadar 190 ° C. Evde beslenen hayvan HST kalıcı olarak sabit ve sert ne zaman tedavi olma özelliğine sahip bir sıcakta sertleşen malzeme olduğunu unutmayın. Şırınga iğnesi ve küçültme tüp boyutu araştırma amaç ve uygulamaları bağlı olarak ayarlanabilir. Genel imalat işleminin grafik olarak şekil 1' de özetlenmiştir.
- HST uzunluğunda ve 3 cm. ayarlama için tüp bağlı olarak Hipodermik İğne penetrasyon derinliği uzunluğunun kısaltın.
- Hipodermik İğne oyulmuş HST yerleştirin.
- Dehidratasyon temizlik işleminde (Adım 1.6) 105 ° C'de işlenirken istenmeyen ek kasılması önlemek için ayarla 150 ° C ısıda ısı silah kullanarak tüp küçültmek.
- Hipodermik İğne hub ayırın.
- Hipodermik İğne deiyonize (DI) su banyosu (20 ° C) HST izole edilmiş 30 kHz ve 350 W güç ultrasonik ajitasyon ile temizleyin.
- 105 ° c 10 min için bir ocağın üzerinde HST izole edilmiş Hipodermik İğne kurutmak.
2. Au ifade SAÇTIRMA kullanarak
Not: bir e-beam buharlaşma süreci alternatif bir yöntem olmasına rağmen bu çalışmada, kullanılabilir olan sputtering işlemi bir Au katmanı elektrotlar için yatırmak için kullanılır. Nadiren sputtering sürecinde indüklenen sıcaklık artışı HST ek büzülme neden olur doğrulanmıştır. Ancak, daha--dan birkaç dakika devam ediyor bir işlemi ilk büzülme sıcaklığı yukarıda HST ısı. Bu imalat kenar boşluğu ucundan bir artış kaynaklanan ek büzülme HST, neden olabilir.
- HST Cr/Au ifade için çift taraflı bant kullanarak bir cam slayt üzerinde yan yana izole edilmiş temizlenmiş Hipodermik iğneler düzenleyin.
-
Sputtering cihazlar kullanılıyor, Cr/Otomatik Güncelleştirmeler tarafından HST yalıtımlı temizlenmiş Hipodermik iğneler üzerinde mevduat.
Not: Bu durumda, Cr ve Au kalınlıkları 10 yaşına. nm ve 100 nm, sırasıyla (Cr HST ve Au katman arasındaki yapışma katman için kullanıldı).- Üretim maliyet ve üretim süresini azaltmak için mümkün olduğunca çok sayıda iğne düzenleyin. Mevduat 10 için aşağıdaki koşulları sputtering nm Cr ve 100 nm Au.
- CR SAÇTIRMA için Cr hedef çapı: 4 inch, RF gücü: 300 W, argon basınç: 5 mTorr ve açık zaman çekim: 20 s (10 nm).
- Au SAÇTIRMA için Au hedef çap kullanın: 4 inç, DC elektrik gücü: 300 W, argon basınç: 10 mTorr ve açık zaman çekim: 80 s (100 nm).
3. sprey kaplama
Not: Bir düşük-viskozite (14 cp) fotorezist sprey kaplama işlemi sprey verimliliği artırmak için kullanılır. Sadece iğne ısıtıldığında fotorezist kolayca Au tekledi iğne kaplı.
- Au tekledi Hipodermik iğneler birini çift taraflı bant kullanarak bir cam slayt üzerinde düzeltmek.
- Yer 100 ° C'de ısıtılmış sprey coater bir ayna üzerinde slayt bardak İğne yeteri kadar ısıtılır kadar 2-3 dakika bekleyin.
- İğneyi 100 ° C'de Isıtma sırasında Au tekledi iğne fotorezist sprey Aşağıdaki koşullar kullanarak sprey-kaplama işlemi gerçekleştirin. Set meme çapı: 400 µm, hız hareket bașlık: 70 mm/s, sprey basınç: 500 kPa ve chuck ve meme arası mesafe: 13.5 cm.
- Sprey kaplama bittikten sonra cam kaymak için yumuşak bir pişirme işlemi gerçekleştirmek 3 dk 100 ° C'de chuck çıkarma.
- Fotorezist Au tekledi iğne düzgün kaplı olup olmadığını belirlemek için 100 X büyütme için ayarla bir mikroskop kullanarak sonuç inceleyin.
4. UV Işınlarına maruz kalma ve geliştirme
Not: genel olarak, önce UV Işınlarına maruz kalma, bükülgen ince tabaka photomask photomask ve UV ışığına maruz örnek arasındaki hava boşluğu kaldırmak için düz saydam bir tabak iliştirilir. Ancak, bu çalışmada, photomask düz şeffaf plaka doğrudan metal Hipodermik İğne eğri yüzey üzerinde biçimlenme gerçekleştirmek için kullanılır. Photomask can Knighthood şırınga iğnesi en iyi çözünürlük ile iletişim aligner mümkün biçimlenme ulaşmak için eğri bükülmüş. Bükme photomask ve şırınga iğnesi eğri yüzey arasındaki temas bölgesinin mümkün olduğu kadar büyük tutmak esnek photomask sağlar. Dikkate biçimlenme metal için süreç (değil bir kalkış süreç) aşındırma ıslak alarak, olumlu bir fotorezist kullanımı daha negatif fotorezist kullanımı daha avantajlıdır. Elektrot desen hariç tüm alanı böylece bir geniş kolayca elektrot desen iğne Merkezi ile hizalamak için görüş alanı sağlayan şeffaf olmasıdır.
-
Kama hata en aza indirmek için tamamen sabit photomask tutma plaka kişiler kadar serbestçe hareketli bir örnek-holding plaka yavaşça kaldır. O zaman, pnömatik pompa kullanarak örnek-holding plaka düzeltmek.
- Muhtemelen hava boşluğu UV ışık saçılma oluşturduğu olabilir ve örnek ve photomask arasında eksik temas neden istenmeyen desenler önlemek için bu işlemi yerine getirir.
Not: Ayrıca, bir film photomask sonraki hizalama adımda kurduğunda Hipodermik İğne temas yüzeyi yuvarlak bir şekil olsa bile fotorezist kaplı Hipodermik İğne hareket etmez ki kama hata indirilmesi olmasını sağlar.
- Muhtemelen hava boşluğu UV ışık saçılma oluşturduğu olabilir ve örnek ve photomask arasında eksik temas neden istenmeyen desenler önlemek için bu işlemi yerine getirir.
- Fotorezist kaplı Hipodermik İğne aligner örnek-holding tabağa yerleştirin.
-
Fotorezist kaplı Hipodermik İğne gösterilen resim film photomask hizalama deseni ile hizalayın.
Not: Bu durumda, film photomask hizalama deseni olarak iki paralel çizgi kalınlığı HST ve kaplamalı fotorezist dikkate alınarak 800 µm olarak tasarlanmıştır.- Gösterilen resim iki sınır çizgileri photomask (şekil 1e); iki paralel hizalama satır ile Hizala Böylece, fotorezist kaplı Hipodermik İğne 10 µm veya daha az bir hizalama hata ile iki paralel hizalama satır ortasına konumlandırılmış olabilir.
- Hizalama işlemi izlemek gerçek zamanlı görüntüleme İzleyicisi üzerinden şarj kuplajlı cihaz (CCD) kamera ve mikroskop bağlı.
- Yavaş yavaş iğne photomask doğru kaldırarak sabit esnek photomask temas fotorezist kaplı Hipodermik İğne getir.
- UV Işınlarına maruz kalma 30 için yürütmek s (UV yoğunluk: 15 mJ/cm2) ve bu 3 min için gelişmekte olan işlem tarafından takip.
- Geliştirici DI su kullanarak örnek dışarı durulayın.
- Sonuç için 200 X büyütme fotorezist açıkça Au tekledi Hipodermik İğne desenli olup olmadığını belirlemek için ayarla mikroskop aracılığıyla kontrol edin. Maruz fotorezist mükemmel gelişmekte olan işleminden sonra kaldırılmazsa, gelişmekte olan 30 s aralıklarla tekrarlayın.
5. Cr/Au gravür ıslak
Dikkat: deri/göz önlemek Cr ve Au ıslak etchants ile temas.
- Cam slayt üzerinde sabit örnek (fotorezist desenli Hipodermik İğne) ayırmak için bir cımbız kullanın.
- Örnek 1 dk. için Au ıslak etchant içine sokmak.
- Au etchant DI su kullanarak örnek dışarı durulayın.
- Sonuç için 200 X büyütme ayarla mikroskop aracılığıyla kontrol edin. Altın olmak için hala kalır kaldırdıysanız, 10 s aralıklarla işlem aşındırma ıslak yineleyin. Aşırı uzun ıslak gravür süre interdigitated elektrot (IDE) ince yapar.
- Örnek 30 Cr etchant içine sokmak s.
- Cr etchant DI su kullanarak örnek dışarı durulayın.
6. kaldırma kalan fotorezist ve pasivasyon
- Örnek (metal desenli Hipodermik İğne) 1 dk. için aseton çözüm içine bırakın.
- Örnek DI su ile durulama ve 10 min için 105 ° c sıcak tabakta kurutmak.
- 2-3 mm (20 mm, maksimum derinliği nüfuz için), elektrot uzun olması için elektrik pasivasyon bağlantı hatlarının küçültme tüp kesme HST küçülür sonra HST uzunluğu azalacaktır çünkü Şekil 2' de gösterildiği gibi.
- IDE sonundan itibaren mümkün olduğunca HST konumlandırma sonra sıkı iğne passivate için 150 ° C'de ısı silah kullanma HST sıcaklığı artırmak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
İnterdigitated elektrotlar (IDE) Şekil 2' de gösterildiği gibi elektrotlar diğer şekillere göre sınırlı bir yüzey üzerinde daha büyük bir etkili algılama alanı neden. Toplam uzunluk IDE algılamak ve biyopsi ve ilaç teslim yordamları bir yüksek yerini doğruluk sağlayacaktır biotissues 1 mm aralıklarla daha az, empedans değişiklikleri analiz için 860 µm olarak tasarlanmıştır. Toplam IDE önerilen fotolitografi işlemini kullanarak Hipodermik İğne kavisli yüzeyi geometrik olarak uygulanabilir bir boyut mi 400 µm genişliğidir. Boşluk ve IDE genişliğini olabildiğince küçük bir piyasada bulunan film photomask en küçük boyutları yakın 20 µm. EoN biotissues içine en fazla penetrasyon derinliği 20 mm, tiroid/prostat biyopsi ve spinal anestezi dikkate alınarak olacak şekilde tasarlanmıştır. EoN toplam uzunluğu uygulamaya bağlı olarak ayarlanabilir.
Şekil 3' te gösterildiği gibi IDE başarıyla 720 büyüklüğündeki Hipodermik İğne ucunda cihazlarında gerekli kusurlu kişiden dış arasında doğan UV dozu dengesizliği telafi etmek için µm. aşırı doz UV litografi sırasında yapıldı. photomask ve şırınga iğnesi eğri yüzey kısmı. Bu boşluğu artırmak ve olumlu bir fotorezist durumunda IDE genişliğini azaltın. Boyutlu değişikliklerin olumsuz etkisini gidermek için genişliği ve boşluğu kasıtlı olarak sırasıyla 25 µm ve photomask tarihinde 15 µm için dizayn edilmiştir. Böylece, genişliği ve IDE boşluğu başarıyla UV çekim hızı optimize ederek 20 µm olmak sahte olduğu. İmalat kenar boşluğundan Hipodermik iğne ucu kadar biotissues içine gereksiz yere aşırı işgali elektriksel empedans ölçüm sırasında önlemek olacaktır 680 µm olarak küçüktür. Evde beslenen hayvan HST IDE ve bağlantı çizgileri için Elektrikli yalıtım katmanı olarak ve bağlantı çizgileri elektrik pasivasyon katmanı olarak istihdam edildi. HST özellikleri elektrik iletkenlik/geçirgenlik, dayanıklı mekanik özellikleri bir poly(p-xylylene) polimer kaplama, çoğu asitler ve bazlar ve Biyouyumluluk kimyasal direnç karşılaştırıldığında düşük.
Mekanik dayanıklılık açısından bakıldığında, aygıt hatası (örneğin, yalıtım katmanı, pasivasyon katmanı, ve/veya soyulmuştu elektrotlar) değil gözlenen penetrasyon içine biotissues sonra bile daha--dan 100 kere, oysa bir poly(p-xylylene) polimer bir duvar ile 1,5 µm kalınlık penetrasyon domuz dokuların içine 20 defadan fazla tahammül değil. Bu evde beslenen hayvan HST güçlü yapışma sputter elektrotlar hem de klinik deneyler için yüksek dayanıklılık gösterdi gösterir. Ayrıca, HST EoN çeşitli kimyasal madde veya Biyomalzeme elektriksel özellikleri tespit etmek ve HST tutar bu iyi kimyasal direnç çoğu asitler ve bazlar, elektrokimyasal birikimi kullanarak Au elektrotlar sırasında dayanıklı gösterir asit solüsyonu (H2SO4). Elektrokimyasal biriktirme işleminde Au elektrot katman fraktal yapılarda büyümek önemli ölçüde daha yüksek hassasiyet elde etmek için iğne sınırlı yüzey alan üzerinde artırmak için algılama elektrot etkili alan sağlayan eğilimindedir.
EoN ve derinliği yeteneklilik içine biotissue, çeşitli konsantrasyon düzeyini PBS ve domuz doku dört katmanlı istihdam edildi, sırasıyla23profil oluşturma ayırımcılığı kapasitesini değerlendirmek için. Empedans analyzer EoN ve bir dizüstü bilgisayar için şekil 4' te gösterildiği gibi bağlandı. Dört katmanlı domuz dokusuna profil oluşturma derinlik gerçekleştirmek için EoN yükseklik denetleyiciye 10 µm çözünürlüğe sahip tespit edildi. PBS çeşitli konsantrasyon seviyeleri 1 x 0,5 hazırlanmıştır x, 0,25 x 0.125 x ve 0.0625 x 1 x PBS DI su ile seri olarak sulandrarak tarafından. Denemede kullanılan IDE ve bağlantı hatları uzunlukları vardı 300 µm ve 28 mm, anılan sıraya göre. EoN şekil 5a' de gösterildiği gibi PBS çeşitli konsantrasyon seviyeleri başarıyla ayrımcılık. 1 x PBS seri olarak DI su ile seyreltilmiş çünkü seyreltilmiş PBS elektriksel iletkenlik DI su çok küçük iletkenlik nedeniyle azalmıştır. Böylece, empedans büyüklüğü azalmıştır PBS konsantrasyon düzeyi olarak arttı. EoN ayrımcılık yeteneği üzerinde bağlı olarak, derinlik dört katmanlı domuz dokusunun profil oluşturma bizim önceki araştırmalarda uygun frekans olarak karar verildi 1 MHz frekans gerçekleştirilmiştir. EoN artırımlarıyla 1 mm, dört katmanlı domuz doku içine eklenir. Şekil 5biçinde gösterildiği gibi yağ dokusu ölçülen empedans büyüklüğü açıkça kas dokusu, bundan EoN penetrasyon derinliği göre ayırım.
Şekil 1: genel EIS-on-a-iğne (EoN) şematik imalat süreci. (A) şırınga iğnesi hazırlanması, (B) Elektrikli yalıtım Hipodermik İğne kullanarak ısı çekmek tüp (HST, duvar kalınlığı: 25 µm), (C) Cr/Au ifade SAÇTIRMA veya Evaporatör, kullanarak (D) sprey kaplama fotorezist (pozitif türü), (E) uyum süreci film photomask ve fotorezist kaplı Hipodermik İğne UV Işınlarına maruz kalma tarafından takip. Film photomask interdigitated elektrotlar (IDE) ve hizalama satır, (F) geliştirme süreci içerir, gravür, aseton ve (I) pasivasyon kullanarak kalan fotorezist kaldırılması (H) (G) Cr/Au ıslak HST kullanarak bağlantı satırları. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 2: EoN detaylı yapısal şematik. Şekil algılama elektrot iyi interdigitated elektrotlar Hipodermik İğne sınırlı yüzeyinde daha büyük bir etkili algılama alanı güvenli olacak şekilde tasarlanmıştır. Evde beslenen hayvan ısı küçültme tüp (HST) Elektrikli yalıtım katmanı olarak interdigitated elektrotlar (IDE) ve bağlantı çizgileri için kullanılan ve aynı zamanda elektrik pasivasyon katman olarak bağlantı çizgileri için kullanıldı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3: başarıyla fabrikasyon EoN mikroskobik görüntülerini. Genişlik ve Aralık IDE 20 µm düşük. Genel uzunluğu ve genişliği interdigitated elektrot (IDE) 860 µm ve 400 µm, sırasıyla vardır. İmalat kenar boşluğu ucundan 680 µm. küçük Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4: deneysel Kur görüntülerini. EoN ve derinliği yeteneklilik içine biotissue profil oluşturma ayırımcılığı kapasitesini değerlendirmek için çeşitli konsantrasyon düzeyini PBS ve domuz doku dört katmanlı, sırasıyla istihdam edildi. Dört katmanlı domuz dokusuna profil oluşturma derinlik gerçekleştirmek için EoN 10 µm çözünürlüğe sahip yükseklik denetleyicisinde tespit edildi. PBS çeşitli konsantrasyon seviyeleri 1 x 0,5 hazırlanmıştır x, 0,25 x 0.125 x ve 0.0625 x 1 x PBS deiyonize (DI) su ile seri olarak sulandrarak tarafından. (bir) Genel Kurulum, (b) EoN PBS ve (c) dört katmanlı domuz doku dalmış. Bu rakam daha önce yayımlanmış çalışma23değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5: PBS ve domuz doku dört katmanlı kullanarak deneysel sonuçlar. (Bir) PBS ve (b) dört katmanlı domuz doku çeşitli konsantrasyon düzeyleri kullanarak EoN ayrımcılık yeteneği değerlendirilmesi. 1 x PBS seri olarak DI su ile seyreltilmiş çünkü seyreltilmiş PBS elektriksel iletkenlik ile artan seyreltme DI su düşük iletkenlik nedeniyle azalmıştır. Böylece, empedans büyüklüğü azalmıştır PBS konsantrasyon düzeyi olarak arttı. Derinlik domuz dokusunun profil oluşturma bizim önceki çalışma23yılında uygun frekans için belirlenen 1 MHz frekans gerçekleştirilmiştir. Yağlı doku ölçülen empedans büyüklüğü açıkça bu kas dokularının EoN penetrasyon derinliği göre ayırım. F1, F2, M1 ve M2 fat1, fat2, muscle1 ve muscle2 şekil 4 ' te (c), sırasıyla gösterilen temsil eder. Bu rakam daha önce yayımlanmış çalışma23değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 6: Toplu üretim için metal elektrotlar yatırmak için shadow maskesinin şematik. Gölge maskesi bir 3D printerlere harcama maddeler ile iyi çözünürlük kullanılarak yapılabilir. Gölge maskesi fiziksel olarak metal biriktirme fışkırtması ve/veya buharlaşma gibi bir fiziksel biriktirme işlemi sırasında istenmeyen nerede alan engelleyebilirsiniz. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Sprey kaplama ve bir film photomask kullanarak bu fotolitografi bir şırınga iğnesi kavisli yüzeyi daha az 1 mm küçük çaplı iyi IDE imal etmek uygun bir yöntemdir gösterdi. Genişliği ve IDE boşluğu 20 µm düşük ve imalat kenar boşluğu ucundan 680 µm küçüktür. Protokolde hizalama işlemi, kama hata kaldırma, kritik bir adımdır. EoN ayrı ayrı bir titiz hizalama işlemi boyunca üretim sırasında üretim verim % 90 bitmişti. Bu önerilen imalat yöntemi toplu üretim vasıl an affordable fiyat için geliştirilecek potansiyeline sahip olduğunu gösterir.
EoN ayrımcılık yeteneği daha önce PBS, domuz yağ/kas doku ve insan bile böbrek doku6,23,24için doğrulandı. Bir klinik uygulama kısmi rezeksiyon mümkün olduğunca çok normal doku cerrahi kenar boşluğu arasında normal ve lezyon doku25algılayarak koruyabilir tümörlerin içerir cerrahi içindir. Ayrıca, EoN tiroid/prostat biyopsi ve anestezi ilaç dağıtım bir omurga alanı gibi diğer klinik uygulamalarda kullanılmak üzere bekleniyor.
Genişlik ve Aralık IDE mevcut çalışmada 20 µm olmak fabrikasyon rağmen yazdırılabilir film photomasks çözünürlüğü artar bir kez onlar için 10 µm azaltılabilir. Boşluğu boyutları ve IDE genişliğini azaltmak için başka bir yol fotolitografi işlemin kullanılarak esnek bir film için daha küçük bir krom maske şekillerinin aktarmaktır. Bu arada, HST duvar kalınlığı 25 µm ticari olarak kullanılabilir olan daha küçük bir boyuta azalır. 6 µm et kalınlığı ile daha küçük bir HST deneysel Elektrikli yalıtım ve üretim işlemin aynısı kullanılarak pasivasyon katmanı için kullanılmak üzere doğrulandı. Bu hayvan dokuları ekleme deneyler kolaylaştırmak ve hatta klinik kullanım hastalarda ağrı azaltmak.
Fotolitografi işlemiyle imalat yöntemi ile uygun fiyata yüksek bir verim toplu üretim için birçok Hipodermik iğneler birlikte düzenlenmesi ve photomask dizi tasarımı geliştirilebilir. Toplu üretim için başka bir uygun yöntemi gölge maskesi kalıpları şekil 6' da gösterildiği gibi yüksek çözünürlüklü bir 3D yazıcı tarafından yapılan bir dizi kullanmaktır. Gölge maskesi fiziksel olarak metal biriktirme fışkırtması ve/veya buharlaşma gibi bir fiziksel biriktirme işlemi sırasında istenmeyen nerede alan engelleyebilirsiniz. CR/Au gölge maskesi yatırılır Cr/Au ıslak etchant gölge maske yeniden kullanılmak üzere kullanılarak kolayca kaldırılabilir. Ele alınması beklenen sınırlamalar şunlardır: 1) ile yüksek kararlılık 3D yazıcı gereklidir, 2) 3D yazıcıya kullanılan malzemeler Cr/Au ıslak etchant shadow maskesinin kullanılmak için kimyasal olarak dayanıklı olmalıdır ve 3) 3D kullanılan malzemeler yazdırma Er sputtering işlemi sırasında indüklenen 150 ° C üzerindeki sıcaklıklarda deforme değil. Bu da çalışmanın sonraki planı toplu üretim yöntemi uygun fiyata geliştirmek ve spinal anestezi ve tiroid/prostat biyopsi EoN uygulanabilirliği doğrulamak için var.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Bu eser "Biyomedikal entegre teknoloji araştırma" projenin özü tarafından 2017 yılında sağlanan hibe yoluyla tarafından desteklenmiştir.
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).
