Summary
Metoden fabrication för fina interdigitating elektroder (gap och bredd: 20 µm) vid spetsen av injektionsnål (diameter: 720 µm) demonstreras med en spray beläggning och flexibel film photomasken i photolithography processen.
Abstract
Vi har infört en fabrication metod för elektrisk impedans spektroskopi (EIS) - på - en-nål (EoN: EIS-på-en-nål) att hitta målvävnaderna i kroppen genom att mäta och analysera skillnader i den elektriska impedansen mellan olika biotissues. Detta dokument beskriver metoden tillverkning av fina interdigitating elektroder (IDEs) på spetsen av injektionsnål med en fotoresist spray beläggning och flexibel film photomasken i photolithography processen. En polyeten polyetentereftalat (PET) krympslang (HST) med en väggtjocklek av 25 µm är anställd som isolering och passivering lager. PET HST visar en högre mekanisk hållbarhet jämfört med poly(p-xylylene) polymerer, som har använts som dielektriska beläggningsmaterial. Dessutom finns HST, som visar god kemisk resistens mot de flesta syror och baser, vilket är fördelaktigt för att begränsa kemiska skador på EoN. Användningen av EoN är speciellt Rekommenderad för karakterisering av kemikalier/biomaterial eller tillverkning använda sura/grundläggande kemikalier. De fabricerade klyfta och bredd av IDEs är så liten som 20 µm, och den övergripande bredd och längd av IDEs är 400 µm och 860 µm, respektive. Fabrication marginal från spets (avståndet mellan spetsen på injektionsnål och startpunkten för IDEs) injektionsnålen är så liten som 680 µm, vilket indikerar att onödigt överdriven invasion in biotissues kan undvikas under den elektrisk impedans mätning. EoN har en hög potential för klinisk användning, såsom för sköldkörteln biopsier och anestesi drogen leverans i en spinal utrymme. Vidare även i kirurgi som innebär den partiell resektion av tumörer, EoN kan vara anställd för att bevara som mycket tumörvävnad som möjligt genom att upptäcka kirurgiska marginalen (normal vävnad som tas bort med den kirurgisk excision av en tumör) mellan normalt och lesion vävnader.
Introduction
Injektionssprutor utnyttjas allmänt sjukhus för biopsier och drogen leverans eftersom de är billiga och lätt att använda. De har också utmärkta mekaniska egenskaper trots deras tunna diameter och en struktur som är lämplig för invasionen vassa. Under en biopsi provtas målvävnaderna i fördjupningen av injektionsnålen med ultraljud vägledning1. Även om ultraljud är fritt från strålning, säkert för foster och gravida kvinnor, och ger realtid imaging, är det svårt att se organ som är djupt in i kroppen, särskilt när det gäller överviktiga patienter eftersom ultraljudsvågor inte kan tränga igenom luft eller fettvävnader2. Dessutom en kirurg kan inte förvärva fördjupad information från de tvådimensionella ultraljud som är konventionellt utnyttjas i de flesta sjukhus, vilket resulterar i behovet av flera biopsier om läkare saknar skicklighet eller erfarenhet. I drogen leverans för spinal anestesi avgöra läkare att nålen har nått spinal utrymmet om cerebrospinalvätska (CSF) rinner bakåt i sprutan försiktigt in nålen i patientens rygg. Efter att ha bekräftat återflöde av CSF, injiceras anestesi drogen i spinal utrymme3. Läkare riskerar dock genomträngande eller skära av nervtrådar i spinal rymden, orsakar svår smärta patienter och även paraplegi4,5. Denna procedur kräver således också en skicklig läkare. En lösning att övervinna och mildra de ovannämnda svårigheterna är att lägga till en navigering funktion injektionsnålen så att objektiv information om nålens position kan tillhandahållas. Detta skulle hjälpa läkare lätt utföra en biopsi, drogen leverans och ännu en operation utan förlitar sig på deras empiriska dom bara.
För elektriskt lokalisera målvävnaderna i kroppen, injektionsnål införliva en elektrisk impedans-spektroskopi har (EIS) sensor införts som EIS-på-en-nål (EoN)6. EIS sensorn är för närvarande utnyttjas inom medicinsk teknik för applikationer såsom DNA upptäckt7,8,9, bakterier/virus upptäckt10,11,12 , och analys på cellerna eller vävnaderna13,14,15,16,17,18,19,20 , 21 , 22. the EoN kan diskriminera mellan olika material i en frekvens domän baserat på deras elektriska ledningsförmåga och Dielektricitetskonstant. Diskriminering förmåga EoN verifierades för olika koncentrationsnivåer av fosfatbuffrad saltlösning (PBS)23, svin fett/muskler vävnader6,23, och även mänskliga normal/njurcancer vävnader24 ,25. Denna förmåga att EoN förväntas avsevärt öka biopsi noggrannheten genom att lokalisera målvävnaderna baserat på skillnader i elektrisk impedans mellan lesion målvävnaderna och angränsande normala vävnader. På ett liknande sätt, utredande skillnader i den elektriska impedansen mellan injektionsmissbruk utrymme (spinal eller epidural utrymme) och omgivande vävnader kan hjälpa läkare leverera en anestesi drog på exakta målplatsen. Dessutom kan EoN utnyttjas för att elektriskt stimulera hjärnan/muskeln samt för att bestämma en optimal kirurgisk marginal under operationer som involverar den partiell resektion av en tumör, t ex partiell nefrektomi, bevara som mycket normal vävnad som möjligt.
En av de största utmaningarna i förverkligandet av EoN är tillverkning av elektroder på böjda ytan av injektionsnål med en liten radie av krökning. Direkt metall mönster med en konventionell photolithography process har betraktats som olämpliga för tillverkning av micro-storlek elektroder på en böjd substrat med en diameter på flera millimeter eller mindre. Hittills har olika metoder, inklusive conformal utskrift26, flexibel torr film fotoresist27, ultrakalla metod28, nanoimprint litografi29och substrat-roterande litografi30, har varit införs för att tillverka metall/polymer mönster på en böjd yta. Det finns dock fortfarande begränsningar på grund av krav som EoN, såsom nödvändiga underlaget med en diameter på mindre än 1 mm, total elektrod längd 20 mm eller mer, bredd och gap av elektroder varierar i tiotusentals mikrometrar, och hög volymproduktion.
I den aktuella studien föreslås direkt metall mönster genom att anställa fotoresist spray beläggning och en flexibel film photomasken att inse micro-storlek elektroder på böjda ytan av injektionsnål. Diametern på nålen är så liten som 720 µm (22 gauge), som ofta används för biopsier och drogen leverans på sjukhus. Produktionen avkastningen av den föreslagna fabrication-metoden är också utvärderas för att fastställa genomförbarheten av huvuddelen produktion till ett överkomligt pris.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. elektrisk isolering av injektionsnål
Obs: En transparent krympslang (HST) är anställd för den elektriska isoleringen av injektionsnål som är 720 µm i diameter och längd 32 mm. HST är gjord av polyetentereftalat (PET), som visar god kemisk resistens mot de flesta syror och baser, utmärkt mekanisk hållbarhet och biokompatibilitet. Den inledande innerdiameter och väggtjocklek av HST är 840 µm respektive 25 µm. Diametern på HST tenderar att minskas med mer än 50% vid en temperatur på 100 ° C, med ännu större minskning vid högre temperaturer upp till 190 ° C. Observera att sällskapsdjur HST är ett värmehärdande material som har egenskapen att bli permanent hårda och styva när botas. Storleken av injektionsnål och Krymp röret kan justeras beroende på forskning syfte och applikationer. Övergripande tillverkningsprocessen summeras grafiskt i figur 1.
- Skär HST till en längd av 3 cm. Justera längden på röret beroende på genomträngningsdjupet av injektionsnålen.
- Infoga injektionsnålen i snittet HST.
- Krympa röret med hjälp av en värmepistol vid en temperatur av 150 ° C, som sätts för att förhindra oönskade ytterligare sammandragning när uttorkning utförs vid 105 ° C i reningsprocessen (i steg 1,6).
- Separera injektionsnålen från dess hubbsida.
- Ren den injektionsnål isolerade av HST i avjoniserat vatten (DI) vattenbad (20 ° C) med ultraljud agitation på 30 kHz och 350 W effekt.
- Torka den injektionsnål isolerade av HST på en värmeplatta vid 105 ° C i 10 min.
2. Au nedfall använder sputtring
Obs: I denna studie, sputtring processen som finns används att deponera ett Au lager för elektroder, även om en e-beam avdunstning process kan vara en alternativ metod. Det har bekräftats att temperaturstegringen inducerad i processen sputtring sällan orsakar ytterligare krympning av HST. En process som fortsätter i mer än några minuter kan dock hetta HST över den inledande krympning. Detta kan orsaka ytterligare krympning av HST, vilket ger en ökning i fabrication marginal från spets.
- Ordna de rengjorda kanyler isolerade av HST sida vid sida på en glasskiva med dubbelhäftande tejp för Cr/Au nedfall.
-
Med hjälp av sputtring utrustning, deponera Cr/Au på de rengjorda kanyler isolerade av HST.
Obs: I det här fallet tjockleken av Cr och Au var 10 nm och 100 nm, respektive (Cr användes för vidhäftning skiktet mellan HST och Au lagret).- Ordna så många nålar som möjligt för att minska produktionstiden kostnader och produktion. Använda sputtring villkoren nedan till insättning 10 nm Cr och 100 nm Au.
- För Cr sputtring, Ställ Cr målet diameter: 4 tum, RF power: 300 W, argon tryck: 5 mTorr, och slutaren öppnar tid: 20 s (10 nm).
- För Au sputtring, använda Au målet diameter: 4 tum, likström: 300 W, argon tryck: 10 mTorr och slutaren öppnar tid: 80 s (100 nm).
3. spray beläggning
Obs: En låg viskositet (14 cp) fotoresist används i spray beläggningsprocessen för att öka spray effektivitet. Fotoresist kan vara enkelt belagd på nålen Au-oftas bara när nålen är uppvärmd.
- Fixa en av de Au-oftas injektionssprutor på en glasskiva med hjälp av dubbelhäftande tejp.
- Placera bilden glaset på en chuck av den spray bestrykare som värms vid 100 ° C. Vänta 2-3 min tills nålen är tillräckligt uppvärmd.
- Spraya fotoresist på Au-oftas nålen medan värme nålen vid 100 ° C. Utföra spray-beläggning processen använder följande villkor. Ställ in munstycke diameter: 400 µm, munstycke flytta hastighet: 70 mm/s, spray tryck: 500 kPa, och avståndet mellan chuck och munstycke: 13,5 cm.
- Efter spray beläggning är färdig, lämna glasskiva på chucken vid 100 ° C för 3 min att utföra en mjuk gräddningen.
- Inspektera resultatet med Mikroskop inställd på 100 X förstoring för att avgöra huruvida fotoresist jämnt är belagd på Au-oftas nålen.
4. UV-exponering och utveckla
Obs: I allmänhet före UV-exponering, en flexibel film fotomask är kopplad till en platt transparent tallrik för att ta bort luftspalten mellan photomasken och provet utsätts för UV-ljus. I denna studie används dock photomasken utan platt transparent plattan för att inse direkt metall mönstring på böjda ytan av injektionsnålen. Photomasken kan böjda conformably längs kurvan av hypodermic nålen att uppnå den bästa mönstring resolution genomförbart med kontakt aligner. Böjning kan den flexibla photomasken att hålla kontaktytan mellan photomasken och hypodermic nålen böjd yta så stor som möjligt. Tar en våt etsning process (inte en lyft-process) för metall mönstring hänsyn, är användning av en positiv fotoresist mer fördelaktig än användning av en negativ fotoresist. Detta beror på att hela området utom elektroden mönstret är transparent, vilket ger ett brett synfält för att lätt justera mönstret elektrod med centrum i nålen.
-
Att minimera kil fel, långsamt lyfta en fritt rörliga prov-anläggning-plattan tills den fullt kontakter fast photomasken hålla plattan. Sedan fixa prov-anläggning plattan med hjälp av en pneumatisk pump.
- Genomföra denna process att eventuellt undvika oönskade mönster, som kan bildas av spridningen av UV-ljus i luftspalten, och orsakas av ofullständig kontakten mellan provet och fotomask.
Obs: dessutom minimering av wedge fel säkerställer att fotoresist-belagd hypodermic nålen inte rör sig när den kontaktar en film photomasken i nästa justering steg, trots att kontaktytan på injektionsnålen har en rund form.
- Genomföra denna process att eventuellt undvika oönskade mönster, som kan bildas av spridningen av UV-ljus i luftspalten, och orsakas av ofullständig kontakten mellan provet och fotomask.
- Placera den fotoresist-belagd injektionsnålen på prov-anläggning av aligner.
-
Justera den projicerade bilden av den fotoresist-belagd injektionsnålen med justeringsmönstret av den filmen fotomask.
Obs: I det här fallet justeringsmönstret av den filmen photomasken utformades som två parallella linjer på ett avstånd av 800 µm, med tanke på tjockleken av HST och belagda fotoresist.- Rikta in två gränslinjerna av den projicerade bilden med två parallella justering linjer av photomasken (figur 1e); den fotoresist-belagd injektionsnålen kan således placeras i mitten av två parallella justering linjer, med ett justeringsfel 10 µm eller mindre.
- Övervaka justeringsprocessen i realtid via en bildskärm ansluten till kostnad – tillsammans enhet (CCD) kamera och Mikroskop.
- Ta den fotoresist-belagd injektionsnålen i kontakt med den fasta flexibla photomasken genom att långsamt lyfta nålen mot fotomask.
- Utföra UV-exponering för 30 s (UV-intensitet: 15 mJ/cm2) och följa genom utvecklingsprocessen för 3 min.
- Skölj utvecklaren av provet med DI-vatten.
- Inspektera resultatet genom ett Mikroskop inställd på 200 X förstoring för att avgöra huruvida fotoresist tydligt är mönstrade på den Au-oftas injektionsnålen. Om den utsatta fotoresist inte helt tas bort efter utvecklingsprocessen, upprepa utvecklingsprocessen 30 s mellanrum.
5. Cr/Au våt etsning
Undvik hud/ögon kontakt med den Cr och Au våta etsmedel.
- Använd en pincett för att lossa provet (fotoresist-mönstrad hypodermic needle) fast på en glasskiva.
- Fördjupa provet i Au våta etsmedlet för 1 min.
- Skölj Au etsmedlet ur provet med DI-vatten.
- Inspektera resultatet genom ett mikroskop som anges till 200 X förstoring. Om guld att vara bort fortfarande kvarstår, upprepa den våta etsning process på 10 s intervall. Överdrivet lång våt etsning tid gör interdigitating elektroden (IDE) tunnare.
- Fördjupa provet i Cr etsmedlet för 30 s.
- Skölj Cr etsmedlet ur provet med DI-vatten.
6. avlägsnande av kvarvarande fotoresist och passivering
- Fördjupa provet (metall-mönstrad hypodermic needle) i en aceton lösning för 1 min.
- Skölj provet i DI vatten och torkar ut det på en värmeplatta vid 105 ° C i 10 min.
- För elektriska passivering av raderna anslutning, klippa krympa röret så att det är 2-3 mm längre än elektroden (20 mm, det maximala djupet att penetrera), som visas i figur 2, eftersom längden på HST kommer att minska efter HST krymper.
- Efter positionering HST så långt som möjligt från slutet av IDE, höja temperaturen i HST med hjälp av en värmepistol vid 150 ° C till tätt passiverande nålen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Interdigitating elektroderna (IDEs), som visas i figur 2, resultera i en större effektiv sensing område på en begränsad yta jämfört med andra former av elektroder. Den totala längden på IDEs är utformad för att vara 860 µm till upptäcka och analysera impedans ändringar på mindre än 1 mm intervaller i den biotissues, som ger en hög att lokalisera noggrannhet i biopsi och drug delivery förfaranden. Den totala bredden på IDEs är 400 µm, som är en geometriskt genomförbart dimension på injektionsnålen böjd yta när du använder den föreslagna photolithography-processen. Både lucka och bredd av IDEs är så liten som 20 µm, vilket är nära de minsta mått av en kommersiellt tillgänglig film fotomask. Maximala genomträngningsdjupet av EoN i biotissues är utformad för att vara 20 mm, med tanke på sköldkörteln/prostata biopsier och spinal anestesi. Den totala längden av EoN kan justeras beroende på applikation.
I figur 3visas IDEs tillverkas framgångsrikt på spetsen av injektionsnålen med diametern 720 µm. överdosering under UV litografi var skyldig att kompensera för UV dos obalans uppkommer vid bristfällig kontakt mellan den yttre del av photomasken och böjda ytan av injektionsnålen. Detta kommer att öka gapet och minska bredden på Idus vid en positiv fotoresist. För att lösa den negativa effekten av dimensionsförändringar, utformades bredden och klyftan avsiktligt vara 25 µm och 15 µm på fotomask, respektive. Därmed kan både bredden och mellanrummet av IDEs fabriceras framgångsrikt för att vara 20 µm genom att optimera UV exponeringstiden. Fabrication marginalen från spetsen av injektionsnålen är så liten som 680 µm, som kommer att undvika onödigt överdriven invasion in biotissues under elektrisk impedans mätningen. En PET-HST var anställd som elektrisk isoleringslagret för både IDEs och anslutning samt också det elektriska passivering lagret för anslutningslinjer. HST funktioner låg elektrisk ledningsförmåga/dielektricitetskonstant, hållbara mekaniska egenskaper jämfört med en poly(p-xylylene) polymer beläggning, kemiska resistens mot de flesta syror och baser och biokompatibilitet.
Med utgångspunkt från mekanisk hållfasthet, enhetsfel (exempelvis den isoleringsskiktet, passivering lager eller elektroder skalar av) inte observerades även efter penetration i biotissues mer än 100 gånger, medan en poly(p-xylylene) polymer med en vägg tjocklek 1,5 µm inte uthärda penetration i svin vävnader mer än 20 gånger. Detta indikerar att PET HST visade stark vidhäftning med den sputtrade elektroder samt hög hållbarhet för kliniska prövningar. Dessutom visar HST god kemisk resistens mot de flesta syror och baser, som gör EoN att upptäcka de elektriska egenskaperna hos olika typer av kemikalier eller biomaterial och håller HST hållbara under elektrokemiska nedfall av Au elektroder med syralösning (H2SO4). I elektrokemiska nedfall processen tenderar Au elektrod lagret att växa i fraktala strukturer, vilket gör att den effektiva arean av fjärranalys elektroderna att avsevärt öka den begränsade ytan av nålen att uppnå en högre känslighet.
Att utvärdera EoN och dess djup profilering anlagen in i biotissue, olika koncentration nivåer av PBS och fyra lager svin vävnad var sysselsatt, respektive23diskriminering förmåga. Impedans analysatorn var ansluten till både EoN och en laptop, som visas i figur 4. För att genomföra djup profilering i fyra lager svin vävnad, var EoN fast höjd handkontrollen, med en upplösning på 10 µm. De olika halter av PBS utarbetades som 1 x 0,5 x, 0,25 x, 0,125 x och 0,0625 x, genom seriellt spädning 1 x PBS med DI-vatten. Längderna på raderna IDEs och anslutning används i experimentet var 300 µm och 28 mm, respektive. Som visas i figur 5a, kunde EoN framgångsrikt diskriminera olika koncentrationsnivåer av PBS. Eftersom 1 x PBS var späddes seriellt med DI vatten, den elektriska conductivityen av utspädda PBS minskade på grund av mycket små conductivityen av DI-vatten. Därmed ökade omfattningen av impedans som koncentrationsnivå PBS minskade. Baserat på diskriminering förmåga av EoN, genomfördes djup profilering av fyra lager svin vävnad på frekvensen av 1 MHz, som beslutades som den optimala frekvensen i vår tidigare forskning. EoN infogades i fyra lager svin vävnad i steg om 1 mm. Som visas i Figur 5b, var omfattningen av impedans mätt från fettvävnad klart diskriminerade från det av muskelvävnad, enligt genomträngningsdjupet av EoN.
Figur 1: Schematisk av övergripande EIS-på-en-nål (EoN) tillverkningsprocessen. (A) förberedelse av injektionsnål, (B) elektrisk isolering av injektionsnål med hjälp av värme krympslang (HST, väggtjocklek: 25 µm), (C) Cr/Au nedfall med sputtring eller förångaren, (D) Spray beläggning av fotoresist (positiv typ), (E) justeringsprocessen film photomasken och fotoresist-belagd injektionsnål följt av UV-exponering. Den filmen photomasken innehåller mönster av interdigitating elektroder (IDEs) och inriktningslinjen, (F) utvecklingsprocessen, (G) Cr/Au våta etsning, (H) avlägsnande av kvarvarande fotoresist med aceton, och (I) passivering på anslutningslinjer med HST. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: detaljerad strukturella Schematisk bild av EoN. Form av fjärranalys elektroderna var avsedd att vara fina interdigitating elektroder att säkra en större effektiv sensing område på den begränsa ytan av injektionsnålen. En PET krympslang (HST) användes som elektrisk isoleringslagret för både interdigitating elektroderna (IDEs) och anslutningslinjer, och användes också som elektriska passivering lager för anslutningslinjer. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: mikroskopiska bilder av den framgångsrikt fabricerade EoN. Både bredd och gap av IDEs är så låg som 20 µm. Total längd och bredd av interdigitating elektroderna (IDEs) är 860 µm respektive 400 µm. Fabrication marginalen från spetsen är så liten som 680 µm. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 4: bilder av experiment. Utvärdera EoN och dess djup profilering anlagen in i biotissue diskriminering förmåga, var olika koncentrationsnivåer av PBS och fyra lager svin vävnad sysselsatt, respektive. För att genomföra djup profilering i fyra lager svin vävnad, fastställdes EoN på höjd handkontrollen med en upplösning på 10 µm. De olika halter av PBS utarbetades som 1 x 0,5 x, 0,25 x, 0,125 x och 0,0625 x, genom seriellt spädning 1 x PBS med avjoniserat vatten (DI). (en) övergripande setup, (b), EoN nedsänkt i PBS, och (c) fyra lager svin vävnad. Denna siffra har ändrats från den tidigare publicerade studien23. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: experimentella resultat med PBS och fyra lager svin vävnad. Utvärdering av diskrimineringen förmåga EoN använder (en) olika koncentrationsnivåer av PBS och (b) fyra lager svin vävnad. Eftersom 1 x PBS var späddes seriellt med DI vatten, minskade den elektriska conductivityen av utspädda PBS med ökad utspädning för DI vatten låg ledningsförmåga. Därmed ökade omfattningen av impedans som koncentrationsnivå PBS minskade. Djup profilering av svin vävnad genomfördes på frekvensen av 1 MHz, som var fast besluten att vara den optimala frekvensen i vår tidigare studie23. Omfattningen av impedans mätt från fettvävnader var klart diskriminerade från det av muskelvävnad enligt genomträngningsdjupet av EoN. F1, F2, M1 och M2 representerar SALTLAG1, fat2, muscle1 och muscle2 visas i figur 4 (c), respektive. Denna siffra har ändrats från den tidigare publicerade studien23. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6: Schematisk av en skugga mask att deponera metall elektroder för bulkproduktion. Shadow masken kan göras med en 3D-skrivare med upplösningen fin. Shadow masken kan fysiskt blockera det område där metall nedfall är oönskade under en fysisk process, såsom sputtring eller avdunstning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi visat det photolithography med spray beläggning och en film fotomask är en genomförbar metod att tillverka fina IDEs på böjda ytan av injektionsnål med en liten diameter på mindre än 1 mm. Både bredd och mellanrummet av IDEs är så låg som 20 µm, och fabrication marginalen från spetsen är så liten som 680 µm. Inom protokollet är justeringsprocessen, inklusive kil fel uttag, ett viktigt steg. Produktionen avkastningen var över 90% när EoN har tillverkats individuellt genom en rigorös justeringsprocessen. Detta indikerar att metoden föreslagna fabrication har potential att utvecklas för bulkproduktion till ett överkomligt pris.
Diskriminering förmåga EoN har verifierats tidigare för PBS, svin fett/muskler vävnader och även mänskliga nedsatt vävnader6,23,24. En klinisk tillämpning är för operation som innebär den partiell resektion av tumörer att bevara som mycket tumörvävnad som möjligt genom att upptäcka kirurgiska marginalen mellan normal och lesion vävnader25. Dessutom förväntas EoN för att utnyttjas i andra kliniska tillämpningar såsom sköldkörtel/prostata biopsier och anestesi drogen leverans i en spinal utrymme.
Även om bredden och gap av IDEs var fabricerade för att vara 20 µm i föreliggande studie, kan de kan minskas till 10 µm när resolutionen av utskrivbara film fotomasker ökar. Ett annat sätt att minska mått på klyftan och bredden på Idus är att överföra mindre mönster av en chrome mask till en flexibel film med hjälp av photolithographyen processen. Under tiden, väggtjocklek av HST kan minskas från 25 µm till en mindre storlek som är kommersiellt tillgängliga. En mindre HST med en väggtjocklek av 6 µm verifierades experimentellt för att användas för elektrisk isolering och passivering lagret med samma fabrication process. Detta kommer att underlätta införande experiment i djurvävnader och även minska smärtan av patienter i klinisk användning.
Metoden tillverkning med hjälp av photolithographyen process kan utvecklas för huvuddelen produktion med en hög avkastning till ett överkomligt pris genom att arrangera många injektionssprutor tillsammans och genom att utforma en photomasken array. En annan möjlig metod för bulkproduktion är att använda en matris av shadow masken formar gjorda av en 3D-skrivare med hög upplösning som visas i figur 6. Shadow masken kan fysiskt blockera det område där metall nedfall är oönskade under en fysisk process, såsom sputtring eller avdunstning. CR/Au deponeras på shadow masken kan lätt avlägsnas med Cr/Au våta etsmedel för återanvändning av shadow masken. De förvänta begränsningarna behandlas är följande: 1) en 3D-skrivare med hög upplösning krävs, (2) material som används i 3D skrivaren bör vara kemiskt resistenta mot Cr/Au våta etsmedlet för återanvändning av shadow masken och (3) material som används i 3D skriva er bör inte deformeras vid temperaturer över 150 ° C som kan induceras under sputtring processen. Nästa plan av föreliggande studie är att utveckla metoden huvuddelen produktion till ett överkomligt pris och kontrollera tillämpligheten av EoN i spinal anestesi och sköldkörtel/prostata biopsier.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har något att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete stöds av projektet ”biomedicinsk integrerad teknik forskning” genom ett bidrag som tillhandahålls av GIST 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).
