Multiplexed Transdermal Elektrokimyasal Algılama Hollow microneedle tabanlı Sensör

Bu prosedürün genel amacı, eş zamanlı olarak ölçülebilen çeşitli hedef analitlerin transdermal elektrokimyasal deteksiyonu için çoklu bir mikroiğne tabanlı sensör üretmektir. İlk adım, gizli litografi kullanarak içi boş mikroiğne dizileri üretmek ve lazer mikro işleme ile elektrot dizisi boşlukları oluşturmaktır. Ardından, bireysel karbon pastaları hazırlanır ve elektrot dizisi boşlukları doldurulur.

Ardından, her bir karbon pastayı fizyolojik olarak ilgili konsantrasyon aralığında kalibre edin. Sonuç olarak, çeşitli biyomedikal uygulamalar için karmaşık fizyolojik mikroortamlarda birden fazla analiti aynı anda ölçebilen transdermal bir in vivo elektrokimyasal cihaz oluşturulmuş olur. Bu tekniğin mevcut yöntemlere göre temel avantajı, çoklu algılamayı minimal invaziv bir şekilde gerçekleştirebilme yeteneğidir.

Bu cihaz; akut tıbbi yanıtları ölçmek, fiziksel egzersiz sırasındaki adaptasyonları anlamak ve cildi etkileyen hastalıkları izlemek için bir araştırma aracı olarak kullanılabilir. Bu InVivo mikroiğne sensörünün etkileri, tümör mikroçevreleri tümör proliferasyonu ve metastazının göstergeleri olabildiği için cilt tümörlerinin teşhisine kadar uzanmaktadır. Bu cihazla amacımız, dermal interstisyel sıvıya elektrokimyasal analiz için erişmek amacıylale mikroiğne dizilerini minimal invaziv bir mekanizma olarak kullanmaktır.

Üç boyutlu modelleme yazılımı SolidWorks ile başlayarak parametrik şekilli içi boş bir mikroiğne dizisi tasarlayın. Ardından Magic's RP 13 yazılımını kullanarak, mikroiğnelerin üzerine inşa edileceği bir taban sağlayan bir destek yapısı tasarlayın. Son olarak, refactory RP yazılımını kullanarak üretim sürecini kontrol edin.

Hem bağlantılı destek hem de mikroiğne dizisi dosyalarını yükleyin. Ardından, üretilecek mikroiğne dizilerinin sayısını seçin ve pery hızlı prototipleme imalat sistemindeki üretim plakası üzerindeki cihazların yerleşimini belirleyin. 100 milliwatt seviyesinde ultraviyole modunu seçin ve kalibrasyon prosedürünü gerçekleştirin.

Enerjideki sapmanın artı veya eksi iki miliwatt dahilinde olduğunu doğrulayın. Mikro-iğne dizisinin imalatı tamamlandığında, mikro-iğne dizisini taban plakasından çıkarın. 15 dakika boyunca izopropanol ile geliştirme yapın.

Ardından, tam polimerizasyonu sağlamak için dizileri basınçlı hava ile kurutun. Mikro iğneleri oda sıcaklığında 50 saniye boyunca kürleyin. Mikro iğneleri ışık mikroskobu ile inceleyin.

Tamamen üretilmiş her bir mikroiğne deliğinin içi boş ve tıkanmamış olduğunu doğrulayın. Düz, esnek bir kablo içindeki her biri ayrı ayrı adreslenebilir bağlantı bakır tellerini açığa çıkarın. Lazer ablasyonu için desenler oluşturun ve bu desenleri lazer sistemine gönderin.

Şimdi, kabloları lazer ablasyon plakası üzerinde uygun şekilde hizalamak için bir aparat içerisine yerleştirin ve yükseltme yaklaşımıyla, esnek kablonun yalıtkan kısmında 500 mikrometre çapında boşluklar oluşturun. Modifiye edilmiş düz esnek kabloları, aseton püskürten bir hava fırçasıyla temizleyin. 40 PSI basınçta temizleme yaptıktan sonra, bir ışık mikroskobu altında izopropanol ve deiyonize su ile durulayın.

Açığa çıkarılmış bakır şeritlerin üzerinde hiçbir yalıtım filmi kalmadığını doğrulayın. Bir sonraki adım, elektrot şeritleri için daha önce kullanılan desende, tek taraflı basınca duyarlı akrilik yapıştırıcı içeren karbon pastalar için ABL melanox bant ile bir tutma boşluğu oluşturmaktır. Şimdi bandı, ablasyon yapılmış elektrot şeritlerinin üzerine hizalayın.

Düzgün bir bağlantı sağlamak için bandı sıkıştırın. Ardından çift taraflı melin X bandını ablaste edin ve mikroiğne dizileri ile karbon pasta elektrot dizileri arasında bağlanmayı sağlamak için bandı hizalayın. 10 miligram glukoz oksidaz ve 2,2 miligram polietilen amini, homojen bir glukoz duyarlı karbon pasta oluşturacak şekilde karıştırın.

Ardından 60 miligram karbon üzerinde rodyum tozu ekleyin ve 40 miligram mineral yağı ile karıştırın. pH duyarlı karbon pasta için pastayı dört derece santigrat sıcaklıkta saklayın. %30 mineral yağı ve %70 grafit tozunu karıştırın. Malaya olarak ince bir plastik parça kullanarak, pürüzsüz bir yüzey elde edilene kadar pastayı elektrot boşluğuna doldurun.

Fazla pasta temizlenene kadar ikinci bir temiz tartım kabı ile işlemi tekrarlayın. Ardından deiyonize su ile yıkayın. Sonrasında, paketlenmiş pasta elektrodun üzerine taze hazırlanmış 20 µL fast blue çözeltisi damlatın.

30 dakikalık inkübasyon süresinden sonra, laktat duyarlı karbon pasta elektrodu deiyonize su ile durulayın. 2,5 miligram karbon üzerinde rodyum tozu ile 2,5 miligram laktat oksidazı birleştirin. Beş dakika sonikasyon ve beş dakika vorteksleme işlemini beş tur boyunca dönüşümlü olarak uygulayın.

Ardından, pastayı elektrot boşluğuna yerleştirin. Son olarak, laktatı tespit etmek için deiyonize su ile durulayın. Sensörün krono ve parametrik yanıtını ölçün ve glikozu tespit etmek için 15 saniye sonraki akımı kaydedin.

Laktat ve glukoz sensörleri için kalibrasyon eğrilerini sırasıyla oluşturmak amacıyla sensörün kronoamperometrik yanıtını ölçün. Kronoamperometrik ve parametrik ölçümlerden önce ilgili analiti ekleyin. Alternatif olarak, karıştırarak sabit potansiyelli kronoamperometrik ve parametrik ölçümler gerçekleştirin.

Akımın stabilize olması için her analit eklemesi arasında yeterli süre bekleyin. pH'ı izlemek için döngüsel voltametrik taramalar gerçekleştirin ve oksidatif Pik Potansiyel değerlerinin konumlarını kaydedin; bir dizi bilinen pH değeri üzerinden kaydedilen döngüsel voltammogramlarda oksidatif pik potansiyelinin konumunu ölçerek pH kalibrasyon eğrileri oluşturun. Çoklu (multiplexed) mikroiğne tabanlı bir sensör oluşturma süreci, mikroiğne dizisinin SolidWorks'te tasarlanması ve ardından destek yapılarının magic's RP 13'te tasarlanmasıyla başlar.

Bu taramalı elektron mikrografları, bir mikroiğne dizisini ve bu dizi içindeki tek bir mikroiğneyi göstermektedir. Mikroiğne tabanlı sensörün algılama platformu, düz ve esnek kablo üzerindeki elektrot dizilerini oluşturmak için lazer ablasyonu kullanılarak ve ardından bu dizilerin karbon pasta ile doldurulmasıyla oluşturulmuştur. Glukoz ve laktat için elektrokatalitik reaksiyonlar, tespit için gereken çalışma parametreleriyle birlikte sunulmuştur.

Laktata duyarlı pastanın 15 saniyelik kronometrik taramalarla gerçekleştirilen bu tipik kalibrasyonu, akımdaki her artışın iki milimolar laktat ilavesine karşılık geldiğini göstermektedir. Tek bir sürekli kronometrik tarama kullanılırken, sensörün glikoz kalibrasyonunun izlenmesi, glikoz konsantrasyonlarının eklenmesi ve ardından akımın stabilize olması beklenerek gerçekleştirilir. Bu şema, buradaki asidite tespitine yönelik elektrokatalitik reaksiyonları göstermektedir; 0,1 molar fosfat tamponundaki pH duyarlı mikroiğnenin siklik voltamogramları, pH değerleri beşten sekize kadar birer birimlik artışlarla değişen dört farklı çözelti üzerinden gösterilmiştir.

Oksidatif pik potansiyeli artan pH değerleriyle birlikte kaydığı için, bu fenomen pH değerinin bir göstergesi olarak kullanılır. Uzmanlaşıldığında, bu cihaz iki gün içinde uygun şekilde üretilebilir. Bu prosedür uygulanırken, farklı karbon pastalarının birbirleriyle karıştırılması durumunda seçiciliklerini korumayacağı unutulmamalıdır.

Bu prosedürün ardından, ciltteki diğer analitleri izlemek amacıyla elektrot dizisine ek seçici karbon hızlandırıcılar eklenebilir. Bu cihazın geliştirilmesi, giyilebilir sensörler alanındaki araştırmacıların tıbbi tanı koymalarının ve temel biyomedikal bilim sorularını keşfetmelerinin önünü açabilir.