Kantitatif, Deri Yara Yönetimi için bir konformal Cilt benzeri elektronik Sistemi İmalat ve Karakterizasyonu
2 Eylül 2015
Bu makale, klinik uygulamalarda, özellikle kutanöz yara yönetiminde kullanılmak üzere uyumlu, cilt benzeri bir elektronik sistem ve protokoller üretmek ve karakterize etmek için yöntemler sunmaktadır.
Bu prosedürün genel amacı, kantitatif kutanöz yara yönetimi için cilt benzeri bir elektronik cihaz üretmektir. Bu, önce bir taşıyıcı alt tabaka üzerinde bir elektronik cihaz geliştirilerek gerçekleştirilir. İkinci adım, elektroniği gömmek için elastomerik bir zar hazırlamaktır.
Daha sonra, imal edilen elektronikler, fabrikasyon bileşiklerinden alınır ve membran üzerine aktarılır. Son adımlar, elektroniği bir silikon kaplama ile çevrelemek ve veri toplama için esnek bir kablo bağlamaktır. Tamamlanan cihaz, yara yönetimi olarak zamanı, değişen sıcaklığı ve doku termal iletkenliğini izlemek için bir hastanın yara dokusunun yakınında lamine edilir.
Bu cihazın mikroskobik görsel incelemelere dayalı mevcut araçlara göre temel avantajı, yara dokusunun yakınındaki sıcaklık ve termal iletkenliğin çok işlevli kantitatif izlemesini sağlayabilmesidir. Yumuşak biyouyumlu ve cilde giyilebilir cihaz, klinik ortamlarda kullanım için işlevler ve özellikler sağlar ve kronik yara yönetiminde önemli konuları ele almak için büyük bir potansiyele sahiptir. Bu spin kaplama protokolü, herhangi bir boyuttaki silikon gofretler üzerinde gerçekleştirilebilir.
Başlamak için gofretleri aseton ve izopropil alkol ile yağdan arındırın. Daha sonra deiyonize suda durulayın ve nitrojen altında kurutun. Gofretleri 110 santigrat dereceye ayarlanmış sıcak bir plaka üzerinde üç dakika kurutun.
Şimdi beş gram PDMS'yi gofretlerin üzerine 3000 RPM'de sıkın Bir dakika boyunca, gofretleri yarım saat boyunca 150 santigrat dereceye ayarlanmış sıcak bir plaka üzerinde kürleyerek işlemi tamamlayın. PDMS kaplı gofretleri üç dakika boyunca UV işlemine tabi tuttuktan sonra, poliamidi gofretlerin üzerine sıkın. Bir pipetle iki mililitre uygulayın ve 1.2 mikronluk bir tabaka için bir dakika boyunca 4.000 RPM'de döndürün.
Daha sonra gofretleri 150 derecelik sıcak bir tabakta beş dakika önceden pişirin ve 250 derecelik bir fırında iki saat pişirin. Daha sonra, bir elektron ışını buharlaşma birikintisi, yapışma için 20 nanometre kalınlığında bir krom tabakası ve ardından iletkenlik için üç mikron kalınlığında bir bakır tabakası kullanarak. Daha sonra, 10 mikronun altında bir katman için üç adımda gofretlere iki mililitre fotorezist spinco koyun.
Şimdi gofretleri 75 santigrat derece sıcak bir plakada 30 dakika kürleyin. Ardından, bakır elektronik deseni gofrete ortalamak için saniyede 10 miliwatt'ta bir UV hizalayıcı kullanın. 25 saniyelik bir pozlama süresi kullanın.
Sensörleri yapmak için fraktal bir model kullanılır ve ara bağlantılar için açık bir ağ yapılır. Fotoğraf direncini bir dakika boyunca %33 geliştirici çözümünde geliştirin. Daha sonra cipsleri deiyonize su ile durulayın ve bir nitrojen akışı altında kurutun.
Devam etmeden önce, desenleri mikroskop altında kusur olup olmadığını kontrol edin. Daha sonra, kimyasal aşındırmada altı dakikalık bir banyo kullanarak bakırı gofret üzerine kazıyın. Aşındırma işleminden sonra gofretleri durulayın ve kurulayın.
Daha önce olduğu gibi, kazınmış desenleri mikroskop altında %20'den fazla aşındırma işlemi mekanik arızalara yol açar. Krom tabakasını aşındırmak için beş dakikalık reaktif iyon aşındırma kullanın. Aşındırmayı kontrol ettikten sonra, kalan foto dirençleri 10 mililitre asetonla ve ardından 10 mililitre izopropanol ile çıkarın.
Üçüncüsü, 20 mililitre deiyonize su. Gofretleri bir nitrojen akışı altında kurutarak banyoları takip edin. Bu protokol için, elektronik aksamın 10 santimetre genişliğinde bir Petri kabına aktarılacağı hedef malzeme için 10 gramlık bir kapsülleyici silikon karışımı yapın.
Spin coat, bir dakika boyunca 150 RPM'de sekiz gram karıştırın. Yarım milimetre silikon kaplama için. Bunun gece boyunca oda sıcaklığında kürlenmesine izin verin.
Ardından, elektronik desenler için laminat bir yüzey görevi görmesi için desen yongalarının üzerine suda çözünür bant parçaları yapıştırın. Bandı taktıktan sonra, gofretleri 130 santigrat derecede üç dakika ısıtın. Ardından, elektronik aksamı çıkarmak ve geri alma modellerine almak için bandı hızla soyun.
Ekstra yapışma için 20 nanometre krom biriktirmek için e-ışın buharlaştırmayı kullanın. Daha sonra krom tabakası üzerine 50 nanometre silikon dioksit bırakın. Şimdi silikon tabakayı alın ve santimetre kare başına 8,9 miliwatt hızında iki dakika boyunca 365 nanometre UV ışığı ile tedavi edin.
Bu, silikon aktive edildiğinde yüzeyi aktive eder. Alınan elektronikleri silikonun içine bastırın, hedef malzemeye eşit şekilde yayın. Ardından bandı çözmek için suyla işlemden geçirin ve beş dakika sonra bandı soyun.
Daha sonra silikonu deiyonize suyla durulayın ve 90 derecelik bir sıcak plaka üzerinde bir dakika kurulayın. Cihazı oluşturmak için, Vander Wall'un yapıştırma kuvvetini kullanarak temas pedlerini dikdörtgen bir PDMS parçasıyla kaplayarak başlayın. Şimdi transfer elektroniği spinco'suna, bir dakika boyunca 4.000 RPM'de beş gram kapsüllenmiş silikon karışımı.
Bu, gece boyunca oda sıcaklığında kürlenen beş mikron kalınlığında bir tabaka oluşturur. Ertesi gün, sensör pedlerini üç saniye boyunca yarım mililitre sıvı çelik akı ile temizleyin. Ardından, 60 santigrat dereceyi aşan basınç ve ısı ile temas noktalarına esnek bir şerit kablo bağlayın.
Bağlantıları bir multimetre ile kontrol edin. Sensör pedi ile film kablosu arasındaki bir santimetre aralıklı direnç, bir ohm'dan daha az olmalı, şerit kablonun diğer ucunu aynı şekilde özelleştirilmiş bir devre kartına bağlamalıdır. Son olarak, geleneksel kabloları PCB'ye lehimleyerek cihazı veri toplama donanımına bağlayın.
Açıklanan protokol kullanılarak, elektronik sensör cihazı üretildi. Cihazın esnekliği incelendi. Çekme gerilimi altında mekanik kırılma meydana gelmedi ve cihaz işlevseldi.
Altı sensör konumundaki direnç, yüksek hassasiyetli bir sıcak plaka kullanılarak ölçüldü. Sensörlerin sıcaklıktaki ince değişiklikleri tespit etmek için iyi kalibre edildiğini gösteren doğrusal bir ilişki vardı. Ayrıca, klinik bir ortamda cihazla termal iletkenliği değerlendirmek için uyarlanmış bir üç omega sinyali kullanıldı.
Cihaz, ameliyat sonrası yara iyileşmesini bir aya kadar izlemek için kullanıldı. Böylece yara iyileşme sürecinin sıcaklığı ölçüldü. Üçüncü günde yara bölgesinde yoğun iltihaplanma vardı ve bu, cihaz tarafından ölçülen sıcaklık artışı ile yansıtıldı.
Bu videoyu izledikten sonra, hastalarda kantitatif yara yönetimi için uyumlu bir kimyasal elektrik cihazının nasıl üretileceğini iyi anlamış olmalısınız.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu makale, özellikle kutanöz yara yönetimi gibi klinik uygulamalar için konformal, cilt benzeri bir elektronik sistemin fabrikasyonu ve karakterizasyonu yöntemlerini sunmaktadır. Cihaz, yara iyileşmesiyle ilgili çeşitli parametreleri izlemek üzere tasarlanmıştır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Biyomedikal Mühendisliği
- Yara Yönetimi
- Elektronik Cihazlar
Arka Plan
- Cilt benzeri elektronik cihazlar hasta bakımını geliştirebilir.
- Yara iyileşmesinin izlenmesi, etkili tedavi için kritik öneme sahiptir.
- Mevcut yöntemler, gerçek zamanlı veri toplama özelliğinden yoksun olabilir.
- Malzeme bilimindeki ilerlemeler, yeni cihaz üretim tekniklerine olanak tanımaktadır.
Çalışmanın Amacı
- Kantitatif kütanöz yara yönetimi için cilt benzeri bir elektronik cihaz geliştirmek.
- Yara durumlarının gerçek zamanlı izlenmesini sağlamak.
- Geliştirilmiş veri toplama yoluyla klinik sonuçları iyileştirmek.
Kullanılan Yöntemler
- Taşıyıcı bir substrat üzerinde elektronik bir cihazın imalatı.
- Elektroniği gömmek için elastomerik bir membranın hazırlanması.
- İmal edilen elektroniklerin membran üzerine aktarılması.
- Elektroniklerin silikon kaplama ile kapatılması ve veri toplama için esnek bir kablonun bağlanması.
Ana Sonuçlar
- Cihaz; zamanı, sıcaklığı ve dokunun termal iletkenliğini başarıyla izlemektedir.
- Yara yönetimi sırasında gerçek zamanlı veri toplama gerçekleştirilmiştir.
- Cilt benzeri elektronik sistem, yara dokusuyla uyumluluk göstermiştir.
- Klinik uygulamalar, ön testler aracılığıyla doğrulanmıştır.
Sonuçlar
- Geliştirilen cihaz, yara yönetimine yönelik yeni bir yaklaşım sunmaktadır.
- Gerçek zamanlı izleme, daha iyi hasta sonuçlarına yol açabilir.
- Gelecekteki çalışmalar, bu teknolojinin klinik uygulamalarını genişletebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Sektörel Uygulama ve Önemi
Yara yönetimi için geliştirilen kantitatif, cilt benzeri elektronik sistemler, cilt iyileşmesinin objektif ve gerçek zamanlı izleme ihtiyacını karşılayarak sübjektif görsel incelemelere olan bağımlılığı azaltır. Bu teknoloji, yara bölgesindeki sıcaklığın ve termal iletkenliğin yüksek hassasiyetle ölçülmesini sağlayarak, yara seyri ve müdahale zamanlaması konusundaki öngörüsel güvenilirliği destekler. Bu tür cihazların Ar-Ge süreçlerine entegrasyonu, cihaz prototipleme aşamasından klinik doğrulamaya kadar olan translasyonel sürekliliği artırır.
Biyofarma Ar-Ge'sinde Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Kantitatif termal ve iletkenlik ölçümleri aracılığıyla yara iyileşme dinamiklerinin objektif değerlendirmesine olanak tanır.
- Fizyolojik değişimleri cihaz okumalarıyla ilişkilendirerek mekanistik risk azaltmayı destekler.
- Preklinik ve klinik ortamlarda yara iyileşme hedeflerinin fonksiyonel validasyonunu kolaylaştırır.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Yara iyileştirme müdahalelerini değerlendirmek için standartlaştırılmış, tekrarlanabilir bir platform sağlar.
- Bileşikler veya modaliteler arası karşılaştırmalı analize uygun kantitatif çıktılar sunar.
- Hem preklinik hem de klinik araştırma ortamlarında analiz ölçeklenebilirliğini ve yeniden kullanımını mümkün kılar.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Cihaz çıktılarını, lokal sıcaklık ve doku iletkenliği gibi klinik olarak ilgili biyobelirteçlerle hizalar.
- Laboratuvar ortamındaki cihaz karakterizasyonundan hasta bazlı yara izlemine kadar olan sürekliliği destekler.
- Gerçek zamanlı ve uygulanabilir veriler sağlayarak riske göre ayarlanmış ilerleme kararlarına bilgi sağlar.
İş Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
Cilt benzeri bu elektronik sistem, cihaz fabrikasyonu ve karakterizasyonundan klinik yara izlemeye kadar uzanan sürekliliğe uyum sağlayarak, erken keşifler ile translasyonel araştırmalar arasında köprü kurmaktadır.
- Keşif Biyolojisi: Yara bölgesi parametrelerinin kantitatif ölçümü, hipotez testlerini ve biyolojik risk azaltma süreçlerini mümkün kılar.
- Tarama: Standartlaştırılmış cihaz çıktıları, müdahale etkinliğinin tekrarlanabilir şekilde değerlendirilmesini kolaylaştırır.
- Analitik: Yüksek hassasiyetli sıcaklık ve iletkenlik verileri, sağlam istatistiksel karşılaştırmaları destekler.
- Translasyonel Araştırma: Cihazın klinik ortamlardaki performansı, biyobelirteç uyumunu ve preklinikten kliniğe geçiş sürekliliğini sağlar.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Platformun esnekliği ve yeniden kullanılabilirliği, yara yönetimi çalışmalarında geniş uygulama alanlarını destekler.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Yara iyileşmesi çalışmalarında öngörü güvenini artırır ve mekanistik belirsizliği azaltır.
- Operasyonel Değer: Cihaz tabanlı yara değerlendirmesinde standardizasyonu, tekrarlanabilirliği ve ölçeklenebilirliği teşvik eder.
- Stratejik Değer: Veri odaklı karar verme süreçlerini mümkün kılar ve yara bakımı portföylerindeki kaynak tahsisini optimize eder.
- Portföy Etkisi: Yara yönetimi müdahalelerinin ve cihaz inovasyonlarının riskle uyumlu önceliklendirilmesini destekler.
Uygulama Hususları
- Mikrofabrika, malzeme bilimi ve cihaz entegrasyonu konularında uzmanlık gerektirir.
- Spin kaplama, elektron ışını evaporasyonu ve veri toplama altyapısına erişim gereklidir.
- Cihaz üretimi ve klinik uygulama için ekipler arası standardizasyon gerektirir.
- Protokol ayarlamaları ile çeşitli yara modellerine ve hasta popülasyonlarına uyarlanabilir.
- Sınırlamalar arasında, farklı klinik senaryolarda kalibrasyon ve doğrulama gereksinimi yer almaktadır.
