Fotorezist sprey kaplama ve esnek Photomask Biyomedikal uygulamalarda kullanarak Hipodermik iğne ucu üzerinde ince elektrotlar imalatı
28 Kasım 2017
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.
Bu protokolün genel amacı, biyomedikal uygulamalar için çapı bir milimetreden az olan hipodermik bir iğnenin ucunda ince interdigitated elektrotlar üretmektir. Bu yöntem, fotorezistin sprey kaplaması ve bir maske için esnek bir film ile fotolitografi işlemi kullanılarak hipodermik iğnenin yuvarlatılmış ucunda lehçe metal desenini elde edebilir. Fabrikasyon mikro diyot sensörü, ilaç dağıtımı, biyopsi ve hatta elektrofotometreyi hedefleyerek yüksek hassasiyetle ameliyat gibi biyomedikal uygulamalar için yaygın olarak kullanılabilir.
Bu prosedüre başlamak için, hipodermik iğnenin penetrasyon derinliğine bağlı olarak gerekirse uzunluğu ayarlayarak üç santimetre uzunluğunda bir ısıyla daralan makaron kesin. Hipodermik iğneyi kesilmiş ısıyla daralan makarona yerleştirin. Bir ısı tabancası kullanarak 150 santigrat dereceye ayarlayın ve tüpü küçültün.
Bundan sonra, hipodermik iğneyi göbeğinden ayırın. İğneyi ultrasonik çalkalama ile deiyonize bir su banyosunda temizleyin. Ardından, yalıtılmış iğneyi 10 dakika boyunca kurutmak için 105 dereceye ayarlanmış bir sıcak plaka kullanın.
Ardından, temiz bir cam slayta çift taraflı bant uygulayın. Temiz yalıtımlı iğneyi çift taraflı bandın açıkta kalan tarafına yan yana yerleştirin. Püskürtme ekipmanı kullanarak, metin protokolünde belirtildiği gibi iğnelerin üzerine krom ve altın biriktirin.
İlk olarak, altın püskürtülmüş iğnelerden birini bir cam slayta sabitlemek için çift taraflı bant kullanın. Sprey kaplayıcının mandrenini 100 santigrat dereceye ısıtın. Sürgüyü ısıtmalı aynanın üzerine yerleştirin.
İğnenin iki ila üç dakika ısınmasına izin verin. Ardından, burada gösterilen koşulu kullanarak ısıtmaya devam ederken fotorezisti altın püskürtmeli iğneye püskürtün. Bundan sonra, yumuşak pişirme için ayna üzerindeki cam sürgüyü üç dakika boyunca 100 santigrat derecede ısıtın.
100x büyütmeye ayarlanmış bir mikroskop kullanarak, fotorezistin düzgün bir şekilde kaplanıp kaplanmadığını belirlemek için iğneyi inceleyin. İlk olarak, serbestçe hareket edebilen bir numune tutma plakasını, sabit fotomaske tutma plakasına tam olarak temas edene kadar yavaşça kaldırın. Pnömatik bir pompa kullanarak numune tutma plakasını sabitleyin.
Ardından, fotorezist kaplı iğneyi numune tutma plakasına yerleştirin. Süreci gerçek zamanlı olarak izlemek için CCD ekran monitörünü kullanarak yansıtılan görüntüdeki sınır çizgilerinden ikisini fotoğraf maskesinden iki paralel hizalama çizgisiyle hizalayın. İğneyi sabit esnek fotoğraf maskesi ile temas ettirmek için iğneyi yavaşça kaldırın.
İğneyi santimetre kare başına 15 milijoule yoğunlukta 30 saniye boyunca UV ışığına maruz bırakın. Ardından geliştirme işlemini üç dakika boyunca gerçekleştirin. Bundan sonra, geliştiriciyi numuneden durulamak için deiyonize su kullanın.
200 kat büyütmeye ayarlanmış bir mikroskop kullanarak, fotorezistin net bir şekilde desenli olup olmadığını belirleyin. Açıkta kalan fotorezist mükemmel bir şekilde çıkarılmazsa, geliştirme işlemini 30 saniyelik aralıklarla tekrarlayın. Bir cımbız kullanarak numuneyi cam slayttan ayırın.
Bir dakika boyunca altın ıslak aşındırıcıya daldırın. Ardından, aşındırıcıyı durulamak için deiyonize su kullanın. 200x büyütmeye ayarlanmış bir mikroskop kullanarak sonucu inceleyin.
Çıkarılacak herhangi bir altın hala kalırsa, aşındırma işlemini 10 saniye aralıklarla tekrarlayın. Ardından, iğneyi 30 saniye boyunca krom aşındırıcıya batırın. Bittiğinde aşındırıcıyı durulamak için deiyonize su kullanın.
Kazınmış iğneyi bir dakika boyunca bir aseton çözeltisine batırın. Bundan sonra, deiyonize su ile durulayın. Numuneyi 10 dakika boyunca kurutmak için 105 santigrat dereceye kadar ısıtılmış sıcak bir plakaya aktarın.
Ardından, büzülme tüpünü elektrottan iki ila üç milimetre daha uzun olacak şekilde kesin. Bir ısı tabancası kullanarak, iğneyi sıkıca pasifleştirmek için ısıyla daralan makaronun sıcaklığını 150 dereceye yükseltin. Bu çalışmada, fotorezist sprey kaplama ve esnek bir fotomaske kullanılarak hipodermik iğnelerin uçlarında interdigitated elektrotlar üretilmiştir.
Elektrotlar 820 mikrometre çapında başarılı bir şekilde üretilirken, iğnenin ucundan gelen üretim marjı 680 mikrometre kadar küçüktür. Sırasıyla 25 mikrometre ve 15 mikrometre olan fotomaskenin genişliği ve boşluğu, fotomaskenin dış kısmı ile iğnenin kavisli yüzeyi arasındaki kusurlu temastan kaynaklanan UV doz dengesizliğini çözmek için tasarlanmıştır. Bu değişiklikler, UV'ye maruz kalma süresini optimize ederek elektrotların hem genişliğinin hem de boşluğunun 20 mikrometrede başarılı bir şekilde üretilmesine izin verir.
Bir iğne üzerindeki elektriksel empedans spektroskopisinin ayırt etme kabiliyeti, çeşitli PBS konsantrasyonları kullanılarak değerlendirilir. PBS, deiyonize su ile seri olarak seyreltildiğinden, PBS konsantrasyonu azaldıkça elektriksel iletkenlik azalır. Böylece, PBS'nin konsantrasyon seviyesi azaldıkça empedansın büyüklüğü artar.
Bu ayırt etme yeteneğine dayanarak, derinlik profillemesi, dört katmanlı domuz dokusu kullanılarak bir megahertz frekansında gerçekleştirilir. EoN'nin penetrasyon derinliğine göre, empedans ve yağ dokusunun büyüklüğü, kas dokusununkinden açıkça ayırt edilir. Bu videoyu izledikten sonra, bir milimetreden daha küçük bir çapı okumak için yuvarlak yüzeyli bir tepsi üzerinde mikroelektrotların nasıl üretileceğini anlamalısınız.
Şu anda, spinal anestezi, tiroid biyopsisi ve hatta laparoskopik cerrahi ve tutku apronektomi gibi ameliyatlar için aşağılayıcı iğne sensörlerinin klinik uygulanabilirliğini daha iyi buluyoruz.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu çalışma, biyomedikal uygulamalar için hipodermik iğnelerin uçlarında ince çapraz elektrotların üretimi için bir yöntem gösterir. Teknik, hassas desenleme elde etmek için esnek bir fotomask ile sprey kaplama ve fotolitografiyi kullanır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Biyomedikal Mühendisliği
- Mikrofabrikasyon
- Elektrokimyasal Algılama
Arka Plan
- İnce elektrot üretimi, ileri biyomedikal uygulamalar için kritik öneme sahiptir.
- Yöntem, elektrot desenleme sırasında UV doz dengesizliği ile ilgili sorunları çözmeyi amaçlamaktadır.
- Çapraz elektrotlar, tıbbi tedavilerde hassas ölçümler için özellikle yararlıdır.
- Bu çalışma, elektrot geliştirmedeki tekrarlanabilirlik ve tekdüzelik üzerine odaklanmaktadır.
Çalışmanın Amacı
- Bir milimetreden daha küçük çaplı hipodermik iğneler üzerinde çapraz elektrotlar üretmek.
- İlaç dağıtımı ve ameliyatlar gibi biyomedikal uygulamalarda yüksek hassasiyet sağlamak.
- Üretilen sensörlerin elektriksel empedansını değerlendirmek.
Kullanılan Yöntemler
- Protokol, fotolitografi ve sprey kaplama teknikleri etrafında döner.
- Bir hipodermik iğne, sensör bağlantısı için birincil biyolojik model olarak hizmet eder.
- Çalışma, farklı PBS konsantrasyonlarında elektriksel empedansı değerlendirir.
- Ana adımlar iğne hazırlığı, UV maruziyeti, geliştirme süreci ve aşındırma prosedürlerini içerir.
- Fabrikasyon süreci boyunca kritik sıcaklık kontrolü ve zamanlama vurgulanmaktadır.
Ana Sonuçlar
- Elektrotlar, 20 mikrometrelik bir boşluk ve genişlikle başarıyla üretilmiştir.
- Elektrikal empedans, farklı PBS konsantrasyonları ile önemli ölçüde değişmiştir, bu da etkili ölçüm ayrımını sağlamıştır.
- Çalışma aynı zamanda domuz dokularında derinlik profilleme kabiliyetini de göstermiştir.
- Elektrotların başarılı desenlenmesi, çeşitli klinik uygulamalarda gelişmiş hassasiyet sağlar.
Sonuçlar
- Bu çalışma, biyomedikal uygulamalar için mikroelektrot üretimi için yeni bir yaklaşımı vurgular.
- Geliştirilen yöntem, spinal anestezi ve biyopsi gibi klinik ortamlarda kullanım potansiyelini gösterir.
- Bu çalışma, çeşitli tıbbi amaçlar için sensör teknolojisini anlamadaki ilerlemeleri vurgular.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
This method enables precise microelectrode fabrication on hypodermic needles for biomedical sensing applications, supporting target tissue discrimination through electrical impedance measurements. The approach reduces invasiveness by positioning electrodes close to the needle tip, minimizing tissue penetration during diagnostic or therapeutic procedures. It enhances predictive confidence in early-stage biomedical device development by providing a reproducible platform for tissue characterization and margin detection.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of tissue-specific electrical properties to validate biological targets based on impedance signatures.
- Operational Value: Supports rapid prototyping of needle-integrated sensors for high-throughput tissue screening.
- Translational Value: Facilitates mechanistic de-risking by correlating electrical readouts with tissue composition in preclinical models.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative, frequency-dependent impedance outputs for comparative analysis of biomaterial or drug interactions.
- Operational Value: Delivers reproducible electrode patterning with 20 µm feature resolution, ensuring assay standardization across batches.
- Translational Value: Enables label-free, real-time monitoring of tissue responses during compound evaluation.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Demonstrates depth profiling capability in multilayered tissues, supporting discrimination between normal and pathological states.
- Operational Value: Utilizes durable PET heat shrink tubing for insulation, enhancing sensor stability in physiological environments.
- Translational Value: Supports surgical margin detection by identifying tissue boundaries via impedance shifts, reducing unnecessary resection.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by enabling tissue characterization prior to lead identification, with outputs informing go/no-go decisions based on biological specificity.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing through electrical discrimination of tissue types, aiding in target validation and pathway analysis.
- Screening: Provides assay-ready microelectrodes with consistent geometry for reliable compound-tissue interaction measurements.
- Analytics: Yields impedance magnitude and frequency response data that enable quantitative comparison across experimental conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical validation by demonstrating tissue depth profiling in porcine models, aligning with histopathological assessment.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable microfabrication platform adaptable to various needle gauges and biomedical sensing applications.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Improves target validation confidence by reducing false positives through direct tissue property measurement.
- Operational Value: Ensures reproducibility via photoresist spray coating and flexible photomask, minimizing variability in electrode fabrication.
- Strategic Value: Reduces late-stage attrition by enabling early detection of tissue-specific responses, improving capital efficiency in device development.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted advancement decisions by providing objective, quantitative tissue discrimination data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfabrication, photolithography, and electrochemical sensing for successful execution.
- Depends on access to sputter coaters, UV exposure systems, and etching equipment for metal deposition and patterning.
- Necessitates standardization of UV exposure and development timing to compensate for curvature-induced dose variations on needle tips.
- Involves adaptation considerations when transferring the method to different needle materials or diameters.
- Involves practical limitations related to the stability of the electrode-tissue interface under physiological conditions over extended use.
