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 işlem, öncelikle bir taşıyıcı substrat üzerinde elektronik bir cihaz geliştirilerek gerçekleştirilir. İkinci adım ise, elektronik aksamı gömmek için elastomerik bir membran hazırlamaktır.
Ardından, üretilen elektronik bileşenler üretim bileşiğinden çıkarılır ve membran üzerine aktarılır. Son adımlar, elektronik bileşenlerin silikon bir kaplama ile kapatılması ve veri toplama için esnek bir kablonun bağlanmasıdır. Tamamlanan cihaz, yara yönetimi kapsamında zamanı, değişen sıcaklığı ve doku termal iletkenliğini izlemek amacıyla bir hastanın yara dokusunun yakınına lamine edilir.
Bu cihazın, mikroskobik görsel incelemelere dayalı mevcut araçlara göre temel avantajı, yara dokusunun yakınındaki sıcaklığın ve termal iletkenliğin çok fonksiyonlu kantitatif izlemesini sağlayabilmesidir. Yumuşak, biyouyumlu ve cilde giyilebilir cihaz, klinik ortamlarda kullanım için gerekli fonksiyonları ve özellikleri sunmakta olup kronik yara yönetimindeki önemli sorunları çözme konusunda büyük bir potansiyele sahiptir. Bu spin kaplama protokolü, herhangi bir boyuttaki silikon gofretler üzerinde uygulanabilir.
Başlamak için gofretleri aseton ve izopropil alkol ile yağdan arındırın. Ardından deiyonize su ile durulayın ve nitrojen altında kurutun. Gofreti, 110 °C'ye ayarlanmış bir ısıtıcı tabla üzerinde üç dakika boyuncaye suyunun uzaklaştırılmasını sağlayın (dehidrate edin).
Şimdi, gofretlerin üzerine beş gram PDMS'yi 3000 RPM hızda bir dakika boyunca spin kaplayın; işlemi, gofretleri 150 °C'ye ayarlanmış bir sıcak plaka üzerinde yarım saat boyunca kürleyerek tamamlayın. PDMS kaplı gofretleri üç dakika boyunca UV işlemine tabi tuttuktan sonra, gofretlerin üzerine poliamid spin kaplama işlemi yapın. Bir pipet yardımıyla iki mL uygulayın ve 1.2 µm kalınlığında bir tabaka elde etmek için 4,000 RPM hızda bir dakika boyunca döndürün.
Ardından, gofretleri bir sıcak tablada 150 °C'de beş dakika boyunca ön pişirmeye tabi tutun ve bir fırında 250 °C'de iki saat boyunca pişirin. Sonrasında, elektron demeti evaporasyon kaplama yöntemiyle, yapışma için 20 nm kalınlığında bir krom tabakası ve ardından iletkenlik için 3 µm kalınlığında bir bakır tabakası oluşturun. Ardından, 10 µm'nin altında bir tabaka elde etmek için gofretlerin üzerine üç adımda 2 mL fotoresist spin-coating yöntemiyle uygulayın.
Şimdi gofretleri 75 °C sıcaklıktaki bir ısıtıcı tabla üzerinde 30 dakika boyunca kürleyin. Ardından, bakır elektronik deseni gofret üzerinde merkezlemek için saniyede 10 milliwatt gücünde bir UV hizalayıcı kullanın. Pozlama süresi olarak 25 saniye kullanın.
Sensörleri oluşturmak için fraktal bir desen, ara bağlantılar için ise açık bir ağ yapısı kullanılır. Fotoresist, %33'lük geliştirici çözeltide bir dakika boyunca geliştirilir. Ardından çipler deiyonize su ile durulanır ve azot akımı altında kurutulur.
Devam etmeden önce, desenleri bir mikroskop altında kusurlar açısından kontrol edin. Ardından, kimyasal aşındırma işleminde altı dakikalık bir banyo kullanarak gofret üzerindeki bakırı aşındırın. Aşındırma işleminin ardından gofretleri durulayın ve kurutun.
Daha önce olduğu gibi, aşındırılmış desenleri mikroskop altında kontrol edin; bakır iletkenlerin %20'den fazla aşındırılması mekanik arızalara yol açar. Krom tabakasını aşındırmak için beş dakika boyunca reaktif iyon aşındırma işlemi uygulayın. Aşındırmayı kontrol ettikten sonra, kalan fotoresistleri önce 10 milliliters aseton, ardından 10 milliliters izopropanol ile temizleyin.
Ve üçüncü olarak, 20 milliliters deiyonize su. Banyoların ardından wafer'ları nitrojen akışı altında kurutun. Bu protokol için, elektroniklerin aktarılacağı hedef materyal için 10 santimetre genişliğinde bir Petri kabına 10 grams kapsülleyici silikon karışımı hazırlayın.
Sekiz gram karışımı, yarım milimetre silikon kaplama elde etmek için 150 RPM'de bir dakika boyunca spin coat ile kaplayın. Bunu oda sıcaklığında gece boyunca kürleşmeye bırakın.
Ardından, elektronik desenler için laminasyon yüzeyi görevi görmesi amacıyla, uygun boyutlandırılmış suda çözünür bant parçalarını desen çiplerinin üzerine yapıştırın. Bandı yapıştırdıktan sonra, gofretleri 130 °C'de üç dakika boyunca ısıtın. Daha sonra, elektronik aksamı geri kazanım desenleri üzerine ayırmak ve toplamak için bandı hızla soyun.
Ekstra yapışma sağlamak için e-beam evaporasyon yöntemiyle 20 nanometre krom kaplama yapın. Ardından, krom tabakasının üzerine 50 nanometre silikon dioksit kaplayın. Şimdi silikon tabakasını geri alın ve santimetrekare başına 8,9 miliwatt güçte, 365 nanometre UV ışık ile iki dakika boyunca işleme tabi tutun.
Bu işlem, silikonun aktive olduğu yüzeyi etkinleştirir. Çıkarılan elektronikleri silikonun içine bastırın ve hedef malzeme üzerine eşit şekilde yayın. Ardından, bandı çözmek için suyla işlem yapın ve beş dakika sonra bandı soyarak çıkarın.
Ardından silikonu deiyonize su ile durulayın ve 90 °C sıcaklıktaki bir ısıtıcı tabla üzerinde bir dakika boyunca kurutun. Cihazı oluşturmak için, önce temas pedlerini Van der Waals bağlanma kuvvetini kullanarak dikdörtgen bir PDMS parçasıyla kaplayın. Şimdi transfer elektroniğine geçmek için, enkapsüle edilmiş beş gram silikon karışımını 4.000 RPM hızda bir dakika boyunca spin-coat yöntemiyle kaplayın.
Bu işlem, oda sıcaklığında gece boyunca kürlenen beş mikron kalınlığında bir tabaka oluşturur. Ertesi gün, sensör pedlerini yarım mililitre sıvı çelik flux ile üç saniye boyunca temizleyin. Ardından, esnek bir şerit kabloyu temas noktalarına 60 °C'nin üzerindeki ısı ve basınçla sabitleyin.
Bağlantıları bir multimetre ile kontrol edin. Sensör pedi ile film kablo arasındaki direnç, bir santimetre mesafede bir ohm'dan düşük olmalıdır; şerit kablonun diğer ucunu da aynı şekilde özelleştirilmiş bir devre kartına bağlayın. Son olarak, standart telleri PCB'ye lehimleyerek cihazı veri toplama donanımına bağlayın.
Tanımlanan protokol kullanılarak elektronik sensör cihazı üretilmiştir. Cihazın esnekliği incelenmiştir. Çekme gerinimi altında mekanik kırılma meydana gelmemiş ve cihaz işlevsel kalmıştır.
Altı sensör konumundaki direnç, yüksek hassasiyetli bir ısıtıcı tabla kullanılarak ölçülmüştür. Sensörlerin sıcaklıktaki küçük değişimleri tespit etmek için iyi kalibre edildiğini gösteren doğrusal bir ilişki saptanmıştır. Ayrıca, cihazın klinik ortamdaki ısı iletkenliğini değerlendirmek için uyarlanmış bir üç omega sinyali kullanılmıştır.
Cihaz, cerrahi sonrası yara iyileşmesini bir aya kadar izlemek için kullanılmıştır. Böylece yara iyileşme sürecinin sıcaklığı ölçülmüştür. Üçüncü günde yara bölgesinde şiddetli inflamasyon görülmüş ve bu durum cihaz tarafından ölçülen sıcaklık artışına yansımıştır.
Bu videoyu izledikten sonra, hastaların kantitatif yara yönetimi için konformal şematik elektrik cihazının nasıl üretileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip 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.
