Fabricación y caracterización de un sistema electrónico conforme de la piel-como para la gestión cuantitativa, cutánea de la herida

Bioengineering

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Lee, W., Kwon, O., Lee, D. S., Yeo, W. H. Fabrication and Characterization of a Conformal Skin-like Electronic System for Quantitative, Cutaneous Wound Management. J. Vis. Exp. (103), e53037, doi:10.3791/53037 (2015).

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Abstract

Introduction

En el estudio clínico y de investigación biomédica, la vigilancia de la cicatrización de heridas se ha centrado en un método invasivo que se basa en la evaluación histológica del tejido cambio morfológico en las heridas 1,2. Recientemente, los rápidos avances en las tecnologías electrónicas permiten el desarrollo de la formación de imágenes y herramientas de análisis de alta precisión que se puede inspeccionar visualmente el proceso de cicatrización a través de la imagen digital 3,4 o microscopía confocal de barrido y espectroscopía de 4,5. Sin embargo, los enfoques de formación de imágenes requieren alto coste, herramientas y operaciones ópticas complicadas, y lo más importante, los pacientes necesitan ser inmovilizada durante la prueba. Por lo tanto, existe una necesidad de nuevos dispositivos y sistemas que son cuantitativa, no invasiva y fácil de usar, de bajo costo, y multifuncional para ofrecer una gestión más precisa herida.

Aquí, se introduce un sistema electrónico similar a la piel que proporciona, la cartografía precisa en tiempo real de la temperatura y térmicas Conductividad y entrega un nivel preciso de calentamiento a través de sitios de la herida conformal laminación del dispositivo de forma no invasiva. Este dispositivo presenta una clase de tecnología, los sistemas montados en epidérmica de la piel electrónicos que están diseñados para que coincida con las propiedades mecánicas y materiales (espesor total, rigidez a la flexión, módulos eficaces, y densidad de masa) de la epidermis 6-9.

El dispositivo está diseñado de tal, agradable a la piel, a prueba de agua biocompatible, y la forma reutilizable que se puede lavar y desinfectar para aplicaciones clínicas de los pacientes 10. El dispositivo electrónico conformal montado cerca de los tejidos de la herida captura la fase de inflamación (uno de proceso de cicatrización de la herida), causada por el aumento del flujo sanguíneo y las reacciones enzimáticas a la herida 11,12, a través de la grabación cuantitativa de temperatura 8 y la conductividad térmica 13, en correlación con la hidratación . Los estudios experimentales y computacionales determinan un diseño óptimo para la mecánica accommodcomió movimientos naturales y las tensiones aplicadas sin fractura mecánica y capturar la física subyacente de estiramiento mecánica de la electrónica de piel así laminados conformemente a la superficie de la piel, que ofrece la adquisición de señales de alta fidelidad.

Los protocolos descritos en este artículo se presentan los métodos de microfabricación para los sistemas electrónicos de la piel como, poniendo a prueba la preparación incluyendo la limpieza del dispositivo, la configuración del equipo en un entorno clínico, y aplicaciones clínicas para el seguimiento cuantitativo de la temperatura y la conductividad térmica en heridas cutáneas.

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Protocol

Los experimentos para la fabricación de dispositivos, la laminación de la piel, y la caracterización muestran en las Figuras 1, 2, y 4 participan dos voluntarios, todos realizados en el Laboratorio de Nanoingeniería interconectado-Bio en la Virginia Commonwealth University (VCU), Richmond, VA, EE.UU.. Este estudio fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional VCU (número de protocolo: HM20001454) y siguió las directrices de investigación de la investigación humana del VCU. Los datos del dispositivo y clínicos que se muestran en las figuras 3 y 5 fueron adquiridas desde el artículo publicado el 10, donde se llevaron a cabo los experimentos en pacientes bajo el protocolo (número: STU69718) aprobado por la Junta de Revisión Institucional, Northwestern University, Chicago, IL, EE.UU..

1. Dispositivo Fabrication

NOTA: La Figura 2 presenta ilustraciones esquemáticas para el proceso general de fabricación.

  1. Preparar un sustrato portador
    1. Cortar un desnudo 3 en el silicio (Si) de la oblea en el tamaño deseado de la electrónica mediante el uso de una cuchilla de diamante.
      NOTA: Alrededor de la mitad oblea de Si da un tamaño ideal para el dispositivo de la herida.
    2. Desengrasar oblea de Si con acetona y alcohol isopropílico (IPA). Enjuague la oblea con desionizada (DI) y luego seca con nitrógeno y se deshidratan en una placa caliente a 110 ° C durante 3 min.
    3. Preparar 11 g de polidimetilsiloxano (PDMS) con mezcla 10: 1 relación de volumen de base y agente de curado y desgasificar la mezcla en una cámara de vacío durante una hora.
      NOTA: PDMS se utiliza para una recuperación de patrón seco y transferir la impresión después de la microfabricación, que es preferible a la química húmeda (acetona) Enfoque basado en el estudio anterior 7.
    4. Girar la capa 5 g de solución de PDMS mixta sobre la oblea a 3.000 rpm durante 1 min y curar completamente en una placa caliente a 150 ° C durante 30 min.
  2. Materiales de depósito y la electrónica de patrones
    1. Tratar el PDMS-coblea oated con luz ultravioleta (UV) / ozono mediante el uso de una lámpara UV (8,9 mW / cm 2) durante 3 min para hacer la superficie hidrófila.
      NOTA: La superficie hidrófila ofrece revestimiento uniforme de capas adicionales sobre el PDMS.
    2. Spincoat poliimida (PI; 2 ml) sobre las PDMS oblea recubiertas, mediante pipeteo, a 4.000 rpm durante 1 min para formar una capa de 1,2-micras de espesor, pre-hornear en una placa caliente a 150 ° C durante 5 min, y post- hornear a 250 ° C durante 2 hr.
    3. Depósito de cromo (Cr) para formar una capa de 20 nm de espesor y, a continuación depósito de cobre (Cu) para formar una capa de 3 micras de espesor mediante el uso de haz de electrones (e-beam) de evaporación (presión de base: ~ 1 × 10 -7 Torr , presión de deposición: ~ 1 × 10 -6 Torr, velocidad de depósito: 1 a 5 Å / s). Supervisar el espesor de la película por la interfaz de controlador de deposición incrustado en el evaporador.
      NOTA: La capa gruesa de Cu proporciona suficientes niveles de conductividad eléctrica de las resistencias a microescala del dispositivo y la capa delgada Crse utiliza para promover la adhesión entre PI y Cu.
    4. Spincoat un fotoprotector (2 ml) con tres pasos a 900 rpm durante 10 sec, 1.100 rpm durante 60 sec, y 4000 rpm durante 20 seg y luego curar en una placa caliente a 75 ° C durante 30 min.
      NOTA: Los pasos secuenciales descritos anteriormente se utilizaron para depositar una gruesa (> 10 micras) fotoprotector.
    5. Alinear Cu patrones electrónicos (sensores; diseño fractal 'Peano' con 35 micras de anchura y las interconexiones; diseño de malla serpentina abierto con 50 micras de anchura) en el centro de la oblea de Si mediante el uso de un alineador de UV (potencia: 10 mW / seg) con el tiempo de exposición de 25 s.
      NOTA: Las estructuras fractales se utilizan para proporcionar capacidad de estiramiento mecánico superior, en comparación con características meramente serpenteantes 14.
    6. Desarrollar la fotoprotección en un desarrollador de base diluida (1: 2 de desarrollador y DI agua) durante un minuto, enjuague con agua DI, y secar con nitrógeno. Inspeccione los patrones fractales (Cu e interconexiones) usando un microalcance para confirmar el tamaño de la característica y encontrar cualquier defecto de partículas.
      NOTA: Si hay algunos defectos no deseados, luego retire fotoprotector de un enjuague con agua acetona / IPA / DI. Después de secar con nitrógeno, repita los pasos de 1.2.4 a 1.2.6.
    7. Etch la capa de Cu sobre la oblea de Si mediante la inmersión en una solución de ataque químico húmedo para ~ 6 min (10 ml; mezcla de persulfato de amonio y agua en proporción de 1: 4; velocidad de ataque de 8 nm / seg en 40 ° C), de enjuague con agua DI, y secar con nitrógeno. Inspeccione los patrones de uso de un microscopio para cualquier patrón sobre-grabadas.
      NOTA: Si los patrones están grabados sobre-, puede causar bordes afilados no deseados de las características, que podrían conducir a la fractura mecánica durante la manipulación del dispositivo y proceso de lavado. Los resultados de las pruebas anteriores mostraron que más de ~ 20% sobre el grabado de los patrones originales causó los problemas antes mencionados.
    8. Grabe la capa de Cr con el grabado por iones reactivos (RIE; presión: 300 mTorr, potencia: 200 W, CF 4 de gas: 5 sccm, gas O2: 10 sccm) durante 5 min. Inspeccione los patrones.
      NOTA: Para el grabado de la capa de Cr, el proceso RIE es preferible mojar ataque químico que causa la reacción desfavorable con la capa de Cu.
    9. Retire el fotoprotector permanecido en las capas de metal por inmersión de la oblea en acetona (10 ml), IPA (10 ml) y agua DI (20 ml), respectivamente. A continuación, secar con nitrógeno.
    10. PI Spincoat (2 ml) en el metal depositado de la oblea, por pipeteo, a 4000 rpm durante 1 min para formar una capa de 1,2-micras de espesor, pre-hornear en una placa caliente a 150 ° C durante 5 min, y después de hornear a 250 ° C durante 2 hr.
    11. Spincoat un fotoprotector (2 ml) con tres pasos a 900 rpm durante 10 sec, 1.100 rpm durante 60 sec, y 4000 rpm durante 20 seg y luego curar en una placa caliente a 75 ° C durante 30 min.
    12. Alinear los patrones de PI para encapsular la electrónica de Cu (sensores, diseño fractal 'Peano' con 35 micras de ancho y las interconexiones; diseño de malla serpentina abierto con 250micras de ancho) con los fractales Cu predefinidos e interconexiones mediante el uso de un alineador de UV (potencia: 10 mW / seg) con el tiempo de exposición de 25 seg.
    13. Desarrollar el fotoprotector con un revelador diluido (1: 2 de desarrollador y agua DI) por un minuto, enjuague con agua DI, y secar con nitrógeno. Inspeccione los patrones de uso de un microscopio para confirmar el tamaño de la característica y encontrar cualquier defecto de partículas.
      NOTA: Si hay algunos defectos no deseados, luego retire fotoprotector de un enjuague con agua acetona / IPA / DI. Después de secar con nitrógeno, repita los pasos desde 01/02/10 hasta 01/02/13.
    14. Grabe la capa PI con RIE (presión: 170 mTorr, potencia: 150 W, gas O2: 20 sccm) durante 25 min. Inspeccione los patrones.
    15. Retire el fotoprotector permanecido sumergiendo la oblea en acetona (10 ml), IPA (10 ml) y agua DI (20 ml), respectivamente. A continuación, secar con nitrógeno.
  3. Preparar una membrana elastomérica
    1. Preparar una 10 g de encapsular mezcla de silicona (1:Relación de 1 volumen de base y agente de curado) y añadir una tinta negro 15 con relación uno a uno volumen, que es para facilitar las mediciones de control de variación de la temperatura en la piel utilizando una cámara de infrarrojos.
      NOTA: La silicona utilizada (caucho de encapsulación claro) ofrece características únicas de baja viscosidad, claridad óptica, y el aislamiento eléctrico / protección al dispositivo 16.
    2. Spincoat 8 g de la mezcla en una placa de Petri a 150 rpm durante 1 min para formar una membrana elastomérica de grosor 500 micras y cura a temperatura ambiente durante O / N.
      Nota: El material tiene que ser colocado sobre una superficie plana para el espesor uniforme.
    3. Cortar la membrana en el tamaño deseado de 70 mm x 30 mm utilizando una hoja de afeitar afilada y suavemente separarla de la placa de Petri.
  4. Recuperar y transferir la electrónica
    1. Cortar una cinta soluble en agua (25 mm x 80 mm) y laminar con cuidado sobre los patrones electrónicos fabricados y colocarlos en una placa caliente a 130 ° Cdurante 3 min.
      NOTA: la elevación de temperatura se expande la capa de PDMS en la oblea de Si para ayudar a la disociación de los patrones electrónicos de la superficie.
    2. Separe la cinta rápidamente del PDMS / oblea de Si para recuperar los patrones electrónicos.
    3. Depositar un 20 nm de espesor Cr (para la adhesión), seguido por un 50 nm de espesor de dióxido de silicio (SiO 2) en los patrones recuperados por evaporación por haz de electrones.
    4. Tratar UV / ozono mediante el uso de la lámpara UV (365 nm, 8,9 mW / cm 2) en la membrana de silicona blanco de 2 min para activar la superficie.
    5. La transferencia de los patrones a la membrana de silicona mediante la colocación de los patrones recuperados en la cinta a la ubicación deseada y de manera uniforme la adición de presión de un lado superior de los patrones hasta el sustrato. Aplicar agua para disolver la cinta durante 5 min.
      NOTA: El proceso descrito de transferencia de materiales se ve facilitada por la unión covalente (Si-O-Si) entre el dióxido de silicio depositado y el sustrato de silicona UV-17 activado
    6. Despegue la cinta, enjuague con agua DI, y seco en una placa caliente a 90 ° C durante 1 min.
  5. Encapsular el dispositivo usando una membrana de silicona
    1. Preparar un 10 g de encapsular mezcla de silicona (1: 1 relación de volumen de base y agente de curado).
    2. Cubra los terminales de contacto del cable con un pedazo de PDMS rectangular (22 x 6 x 1 mm 3) de Van der Waals con la membrana de silicona inferior, para evitar silicona recubrimiento de las almohadillas.
    3. Spincoat 5 g de la mezcla de silicona a 4.000 rpm durante 1 min para formar una capa gruesa 5 micras en la electrónica y luego transferidos curan a temperatura ambiente durante O / N.
  6. Conecte un cable de cinta flexible para la adquisición de datos
    1. Aplicar flujo de acero líquido (0,5 ml), con la pipeta, en los conectores planos durante 3 segundos para hacer superficie limpia.
    2. Bond un cable plano delgado y flexible en los puntos de contacto con la presión a alta temperatura (> 60 ° C). Un straightene pelo típicor ofrece un fácil manejo y unión.
      NOTA: El cable micro-película es preferible a la soldadura sin alambre duro convencional para evitar cualquier fractura mecánica de las membranas metálicas transferidos en una silicona.
    3. Compruebe la conexión eléctrica con un multímetro digital. Se espera que el valor de la resistencia de menos de 1 ohmio entre la almohadilla de sensor con un extremo y el otro extremo del cable de película (Distancia: ~ 1 cm de separación).
    4. Unir el otro extremo del cable de cinta a una placa de circuito impreso personalizado con la misma estrategia descrita en el paso 1.6.2.
    5. Compruebe la conexión eléctrica con un multímetro digital.
    6. Conecte el dispositivo con el hardware de adquisición de datos soldando cables convencionales en PCB.

2. Pruebas Clínicas

  1. Limpie el dispositivo con una solución desinfectante
    1. Preparar 205 g de una solución desinfectante diluido (40: 1 relación de volumen de agua y solución).
    2. Rocíe elsolución (10 g) en el dispositivo y en remojo durante 10 minutos.
      NOTA: El limpiador desinfectante diluido se puede almacenar a temperatura ambiente.
    3. Enjuague con agua tres veces y secarla con tejidos limpios.
  2. Establecer una serie de equipos para pruebas de dispositivos
    1. Preparar y conectar un amplificador lock-in con una fuente de corriente, un multiplexor y el software personalizado instalado en un ordenador portátil para la grabación de datos.
    2. Coloque una cámara infrarroja en un trípode y se centran en un objeto de destino para la termografía como referencia.
    3. Configure los parámetros del sistema de un amplificador lock-in para medir la conductividad térmica (frecuencia: 1 y 3 Hz; constante de tiempo: 3 y 1 seg; sensibilidad: 1 mV; reserva dinámica: alta reserva) y la temperatura (frecuencia: 997 Hz, el tiempo constante: 300 ms; sensibilidad: 2 mV; reserva dinámica: bajo nivel de ruido) con la corriente constante (2 mA aplicada).
    4. Conecte dos dispositivos de la herida, preparado por la impresión de microfabricación y la transferencia y montado sobre la herida ysitios contralaterales, el multiplexor a la derecha antes de grabar los datos de un paciente.
  3. Temperatura Grabar y conductividad térmica
    NOTA: El software de adquisición de datos está hecho a medida, que se puede controlar a distancia el amplificador lock-in para el monitoreo de datos en tiempo real y el ahorro. En la medida de temperatura, cada punto de datos se mide cada 300 mseg durante 20 s. El conjunto de datos para la primera 10 seg y 10 seg siguiente se utilizan para calcular el valor medio de la temperatura y la desviación estándar, respectivamente. Los datos registrados se guardan como un archivo de valores separados por comas, que se utiliza para trazar un gráfico para la comparación con los datos de la termografía infrarroja. En la medición de la conductividad térmica, las señales 3Ω se leen directamente desde la pantalla de hardware (amplificador), que se utiliza entonces para calcular la conductividad térmica analíticamente.
    1. Frotar suavemente los sitios de aplicación del dispositivo en la piel usando alcohol antiséptico toallitas 10.
    2. 2.3.2) Laminado dos dispositivos en los lugares de la piel deseado presionando suavemente el dispositivo a la piel con los dedos para facilitar la unión suave: uno en el sitio de la herida quirúrgica y el otro en la ubicación contralateral como referencia.
    3. Mida el voltaje eléctrico (3Ω), relacionada con la conductividad térmica, del dispositivo iniciando la adquisición de datos.
    4. Evaluar los datos obtenidos para verificar el contacto conformal del dispositivo a la piel; valor anormal (<0,1 W / mK) muestra las malas contacto del dispositivo.
    5. Mida la resistencia eléctrica para determinar la distribución de temperatura y registrar datos a través del software a la medida.
    6. Tomar imágenes ópticas e IR de dos dispositivos en la piel.
    7. Comparar los valores de temperatura de las imágenes de infrarrojos con los datos registrados desde el dispositivo de la herida (2.3.5). Añadir los dos valores para separar columnas en una hoja de cálculo personalizado.
  4. Analizar los datos registrados
    1. Exportar los datos registrados en laplantilla para calcular automáticamente la temperatura y la conductividad térmica a partir de una matriz de sensores en el dispositivo de medida.
    2. Representar gráficamente los datos (temperatura y conductividad térmica de acuerdo con la ubicación del sensor en una escala de tiempo diferente) para la comparación en el transcurso de un mes (cuatro conjuntos de datos sobre días 1, 3, 15, y 30).
    3. Analizar los datos mediante la comparación de una serie de datos de temperatura y de conductividad térmica de acuerdo con el tiempo; Valores con elevación repentina o caen decir el cambio de fase de curación de heridas y / o anormalidad inesperado en sitios de la herida.

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Representative Results

La figura 1 presenta una visión general de las características de la conformación, sistema electrónico similar a la piel, diseñados para una gestión herida cutánea cuantitativa sobre los pacientes. El dispositivo electrónico multifuncional consiste en estructuras fractales microescala 3,14 y serpentina filamentosa traza 9,17 sobre una membrana elastomérica delgada que ofrece elasticidad mecánica excepcional y capacidad de flexión. El dispositivo compatible que está completamente rodeado por capas de silicona permite suave, laminación reversible en la piel a través de interacciones de van der Waals solos. Las características únicas del dispositivo incluyen biocompatibilidad, impermeabilidad, facilidad de uso y flexibilidad mecánica para el uso en entornos clínicos reales.

La integración de los materiales híbridos tales como polímeros y un metal (silicona, poliimida, y cobre) se obtiene un dispositivo eléctricamente segura, resistente al agua y biocompatible (Figura 2A).Una matriz de fractal (cobre; Cu) resistencias (35 micras de anchura y 3 m de espesor) se coloca en el plano mecánico neutral, por poliimida cerrado (PI, 1,2 m de espesor) capas, para minimizar cepas aplicadas de flexión sobre el núcleo Material (Cu) en aplicaciones clínicas.

El espesor total del dispositivo sobre una membrana de silicona es sólo ~ 600 micras, ofreciendo capacidad de flexión extrema. Las ilustraciones esquemáticas de la figura 2B describen el proceso de microfabricación del sistema electrónico similar a la piel. El método de fabricación combina las técnicas de microfabricación convencionales (metalización, fotolitografía y de grabado) con las técnicas de transferencia de impresión de nuevo desarrollo (recuperación, transferencia y vinculación) 9,14,18,19. Este tipo de dispositivo puede ser ampliado mediante el uso de la impresión por transferencia a gran escala con un equipo de impresión automatizado 20,21.

Figura 3 resume la mechanical extensibilidad y funcionalidad eléctrica de la electrónica similar a la piel, informaron en el trabajo previo 10. Mecánica y materiales de estudio por el método de elementos finitos (FEM) ofrece el diseño óptimo del sistema para dar cabida a los movimientos naturales y las cepas, que participan en el uso clínico aplicado, sin fractura mecánica (Figura 3, arriba). El estudio experimental que presenta comportamiento mecánico de la estructura fractal con cepas de tracción de hasta 30% (Figura 3Aa, parte inferior) muestra una buena concordancia con los resultados FEM. El dispositivo con resistencias de microescala se utiliza para la medición cuantitativa de la temperatura y la conductividad térmica y la entrega precisa, calentamiento localizado (figuras 3B - 3D). La curva de calibración de la resistencia eléctrica de acuerdo con el cambio de temperatura se obtuvo mediante el uso de una cámara de infrarrojos y una placa caliente de alta sensibilidad (Figura 3B). El método de evaluación de la conductividad térmica medido fueuna adaptación de la técnica de 3 omega 13 que utiliza 3 señales de tensión omega en dos frecuencias diferentes corrientes alternas (Figura 3c). Corriente eléctrica aplicada (35 mA con 10 mW) a las resistencias fractal se produce calentamiento por efecto Joule, que ofrece accionamiento temperatura controlable en un modo terapéutico (Figura 3D).

Para aplicaciones clínicas, prácticas, el proceso de limpieza sugerido del dispositivo de mano implica la desinfección antes de su uso en los pacientes. La pulverización de una solución desinfectante en el dispositivo a prueba de agua y después de enjuagar en agua tres veces prepara el dispositivo para la prueba clínica (Figuras 4A y 4B). La evaluación de la biocompatibilidad cualitativa del dispositivo utiliza un microscopio de contacto digital para inspeccionar visualmente la superficie de la piel (Figura 4C), que investiga el cambio de color de la piel y la textura a través de múltiples ciclos de uso en los pacientes. An (IR) thermograp infrarrojoshy puede hacer una evaluación cuantitativa de las condiciones de la piel durante aproximadamente dos semanas (Figura 4D) ya que los efectos secundarios tales como eritema provoca elevación de la temperatura 22. Los dispositivos examinados se laminan cerca de los tejidos de la herida y la ubicación contralateral (como referencia). Grabación de los parámetros pertinentes de la temperatura y la conductividad térmica se lleva a cabo utilizando un sistema de adquisición de datos y de imágenes de infrarrojos en una sala de examen (Figuras 4E y 4F).

La Figura 5 presenta los datos representativos de la medición cuantitativa de la cicatrización de heridas cutáneas en un paciente de un estudio previo 10. Una serie de fotos de la Figura 5A muestra el proceso de seguimiento de la cicatrización de heridas con el dispositivo montado en la piel en el transcurso de un mes. El dispositivo herida teñido con una tinta de color negro se estratificó cerca de la herida quirúrgica. Pluma marca en la piel guiado el montaje del dispositivo en la misma ubicación para dat cuantitativa una comparación del día 1 al día 30. Medición de la temperatura y la variación de la conductividad térmica utilizando un conjunto de sensores en el dispositivo y la comparación entre los sitios de la herida y de referencia capta la fase de cicatrización de heridas, la inflamación (Figuras 5B - 5E). Los altamente sensibles, seis sensores en el dispositivo de la herida fueron capaces de capturar un cambio mínimo de la temperatura del cuerpo y el punto de inflamación intensa en el día 3 (figuras 5B - 5C) y la variación registro de conductividad térmica (Figuras 5D - 5E). Un conjunto de datos de referencia se midió desde el lado contralateral como control.

Figura 1
Figura 1. Visión general de las características de la piel como, dispositivo de vigilancia de la herida en un paciente.> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2. fabricación de dispositivos (A) Representación esquemática de los diseños de dispositivos (izquierda; la capa 1:. De silicona transparente en la parte superior, la capa 2: PI, capa 3: Cu, capa 4: PI, y la capa 5: silicona negro en el parte inferior) y la completa, la electrónica flexible / estirable (derecha). (B) Ilustración del proceso de paso a paso de fabricación (vista en sección transversal). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3
Figura 3. Características del dispositivo (Reproducido con permiso de 10. (A) método de los elementos finitos (FEM) resultados (arriba) y los resultados correspondientes experimentales (abajo) de una estructura fractal bajo cepas uniaxial de tracción hasta 30%. (B) Medición de la temperatura utilizando seis sensores para la calibración del dispositivo. (C) Medición de la conductividad térmica utilizando tres sensores para la calibración del dispositivo (D) La termografía infrarroja del dispositivo que se utilizó como un micro-calentador con calentamiento Joule localizada. . Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4
Figura 4. Proceso de pruebas clínicas. (A) La desinfección del dispositivo utilizando una solución de limpieza.(B) El enjuague con agua para limpiar la superficie de los ensayos clínicos. (C) La evaluación de la piel utilizando un microscopio de contacto digital (izquierda) y vista ampliada de la piel (a la derecha). (D) La termografía infrarroja de la piel para la evaluación cuantitativa de la temperatura variación. (E) Contexto clínico para el tratamiento de heridas en una sala de examen. (F) foto ampliada de los dispositivos laminados cerca de la herida (pierna derecha) y el sitio contralateral (pierna izquierda) tejidos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5
Figura 5. Los datos representativos de la gestión cuantitativa de la cicatrización de heridas con el dispositivo (Reproducido con permiso de Materiales Avanzados de la salud 10. (A) Fotos de la herida con el dispositivo en el transcurso de un mes. (B) de grabación de distribución de la temperatura cerca de la herida durante un mes con seis sensores en el dispositivo (recuadro). (C) de grabación de distribución de la temperatura en un lugar contralateral como referencia. (D) de grabación de la conductividad térmica cerca de la herida durante un mes con tres sensores en el dispositivo (recuadro). (E) Grabación de térmica conductividad en una ubicación contralateral como referencia. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Acknowledgments

Este trabajo fue apoyado por la financiación de inicio de la Escuela de Ingeniería de la Universidad Commonwealth de Virginia y de algunos de los dispositivos electrónicos se prepararon en las instalaciones de microfabricación en el Virginia Microelectrónica Centro Wright. Reconocemos los investigadores que hicieron contribuciones para el dispositivo y los datos clínicos (Figuras 3 y 5 de este documento), adquirido de la nota publicada el 10. W.-HY gracias Yoshiaki Hattori para el software de grabación de datos a medida.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3" Silicon wafer University Wafer, USA Use as carrier to fabricate the device
Acetone Fisher Scientific, USA A18-1 Use to clean a wafer and to remove photoresist
Isopropanol (IPA) Fisher Scientific, USA A459-1 Use to clean a wafer
AZ4620 photoresist AZ Electrionic Materials, USA Use to make patterns on metals and polymers
AZ400K developer AZ Electrionic Materials, USA Use to develop AZ4620 photoresist
Chromium etchant Transene, USA 1020AC Use to etch Cr layer of device
Copper etchant Transene, USA ASP-100 Use to etch Cu layer of device
Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit (PDMS) Dow Corning, USA 39100000 Use as a substrate for 'dry' retrieval
PI2545 polyimide HD MicroSystem, USA Use to encapsulate metal layer
Solaris Smooth-On, USA Use as substrate and to encapsulate device
Petridish Carolina, USA 741255 Use as mold to make substrate
Water-Soluble Wave Solder Tape 5414 3M, USA AM000000217 Use to retrive device from PDMS layer
High Activity Liquid Stainless Steel Flux Worthington, USA 331929 Use to remove oxidation layer on Cu
Flexible, micro-film cable Elform, USA Use to make the electrical connection between the electronic device and the data acquisition system
pH Neutral Cleaner Australian Gold, USA Use as disinfectant solution to clean device in clinical testing
Solder Kester, USA 24-6337-9703 Use as material to solder hard wires
Ultraviolet lamp Cole-Parmer, USA 97600-00 Use to activate PDMS layer as hydrophilic surface
Multiplexer FixYourBoard, USA U802 Use to acquire measurements from six sensing components 
DC/AC current source Keithley, USA 6221 Use to supply current
SMD Digital Hot Air Rework Station Aoyue, China 968A+ Use to solder hard wires, to electrically connect between the device and external instruments
Infrared camera FLIR, USA 435-0001-01-00 Use to take infrared images in experiment
Digital multimeter Fluke, USA 117 Use to check electrical connection
Lock-in amplifier Stanford Research System, USA SR830 Use to perform four-point-probe-measurement
Electron beam evaporator 9 scale Vacuum Products, USA Use to deposit thin films (Cu and SiO2)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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