Kantitatif, Deri Yara Yönetimi için bir konformal Cilt benzeri elektronik Sistemi İmalat ve Karakterizasyonu

Bioengineering

Your institution must subscribe to JoVE's Bioengineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Introduction

Klinik çalışma ve biyomedikal araştırmalarda, yara iyileşmesinin izlenmesi yaralar 1,2 doku morfolojik değişim histolojik değerlendirilmesine dayanmaktadır invaziv yöntem üzerinde odaklanmıştır. Son zamanlarda, elektronik teknolojilerindeki hızlı gelişmeler görsel dijital görüntüleme 3,4 veya konfokal tarama mikroskobu ve spektroskopi 4,5 vasıtasıyla yara iyileşme sürecini incelemek yüksek hassasiyetli görüntüleme ve analiz araçları geliştirilmesini sağlamak. Ancak, bu görüntüleme teknikleri yüksek maliyet, karmaşık bir optik aletler ve işlemleri gerektirir, ve daha da önemlisi, hasta test sırasında hareketsiz hale gerekir. Bu nedenle, daha doğru, yara yönetimini sağlamak üzere, kolay kullanım, non-invazif, niceliksel, ucuz ve çok işlevli yeni cihaz ve sistemler için, bir ihtiyaç vardır.

Burada, sıcaklık ve termal Condu hassas, gerçek zamanlı haritalama sağlayan bir deri gibi elektronik sistemi tanıtmakctivity invaziv olmayan cihazın konformal laminasyon yoluyla Yaralı sitelerde ısıtma kesin bir seviyesi sağlar. Bu cihaz epidermis 6-9 teknolojisi, mekanik ve malzeme özelliklerine uyacak şekilde tasarlanmış deri monte epidermal elektronik sistemler (büküm sertliği, toplam kalınlığı, etkili modüllerden ve kütle yoğunluğu) sınıfını sunuyor.

Cihaz bir biyouyumlu, cilt dostu, su geçirmez tasarlanmış ve yıkanmış ve hastalar 10 klinik uygulamalar için dezenfekte edilebilir, yeniden kullanılabilir şeklidir. Yara dokuları yakınına monte konformal elektronik cihaz hidrasyon korelasyon sıcaklık 8 ve ısıl iletkenlik 13 kantitatif kayıt yoluyla, yaraya 11,12 kan akımının artması ve enzimatik reaksiyonların neden olduğu inflamasyon fazı (yara iyileşme sürecinin bir), yakalar . Deneysel ve sayısal çalışmalar accommod için en uygun mekanik tasarımı belirleyenDoğal hareketleri yedik ve mekanik kırık olmadan suşları uygulanan ve yüksek sadakat sinyallerin edinme sunan cilt yüzeyinde conformally laminantlar cilt gibi elektronik mekanik germe altında yatan fizik yakalamak.

Bu makalede açıklanan protokoller cihaz temizliği, klinik ortamda ekipman kurulumu ve deri yaraların üzerine sıcaklık ve ısı iletkenlik kantitatif izlenmesi için klinik uygulamalar dahil hazırlık test, deri gibi elektronik sistemler için mikrofabrikasyon yöntemlerini sunuyoruz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Cihaz imalat, cilt laminasyon ve karakterizasyonu için deneyler Şekil 1, 2 de gösterilen ve 4 Virginia Commonwealth Üniversitesi'nde (VCU), Richmond, VA, ABD Bio-arayüzlü Nanoengineering Laboratuvarı'nda gerçekleştirilen iki gönüllü, tüm ilgili. Bu çalışma VCU Kurumsal Değerlendirme Kurulu tarafından onaylandı (protokol numarası: HM20001454) ve VCU İnsan Research araştırma kurallarına izledi. Kurumsal Değerlendirme Kurulu, Northwestern Üniversitesi, Chicago, IL, ABD tarafından onaylanan: (STU69718 numarası) Şekil 3 ve 5'te gösterilen cihaz ve klinik veriler hastalar üzerinde deneyler protokol kapsamında gerçekleştirilmiştir yayınlanan 10 uncu elde edilmiştir.

1. Cihaz İmalatı

NOT: Şekil 2 genel imalat süreci için şematik çizimler sunar.

  1. Bir taşıyıcı alt tabaka hazırlama
    1. Bir elmas bıçak kullanarak elektronik istenilen boyut içine çıplak 3 silikon (Si) gofret kesin.
      NOT: Yaklaşık yarım Si gofret yara cihaz için ideal bir boyut verir.
    2. Aseton ve izopropil alkol (IPA) ile Si gofreti Yağ giderme. Iyonu giderilmiş (Di) su ile gofret yıkayın ve azot ile, kuru ve 3 dakika boyunca 110 ° C'de bir sıcak plaka üzerinde kurutmak.
    3. 10 ile polidimetilsiloksan (PDMS) karışıma 11 g hazırlayın: 1 hacim baz oranı ve sertleşme maddesi ve bir saat için bir vakum odası içinde karışım gaz çıkışına.
      NOT: PDMS kuru desen alımı için kullanılan ve ıslak kimyasal (aseton) önceki çalışmada 7'den tabanlı bir yaklaşım tercih edilir mikroimalat, sonra yazdırmaya aktarmak olduğunu.
    4. Spin kat 5 1 dakika için 3000 rpm'de gofret üzerinde karışık PDMS çözeltisi g ve tam 30 dakika boyunca 150 ° C 'de bir sıcak plaka üzerinde tedavi.
  2. Mevduat malzemeleri ve desen elektroniği
    1. PDMS-c davranınUltraviyole (UV) ile oated gofret yüzeyi hidrofilik hale getirmek için 3 dakika boyunca UV lambası (8,9 mW / cm2) kullanılarak / ozon.
      NOT: hidrofil yüzey PDMS ek katmanların düzgün bir kaplama sunuyor.
    2. Spincoat poliimid (PI; 2 mi) 5 dakika boyunca 150 ° C'de bir sıcak plaka üzerindeki bir 1,2-mikron kalınlığında tabaka ön fırında oluşturulması için 1 dakika için 4000 rpm'de, pipetleme, gofret kaplanmış PDMS, ve post üzerine 2 saat süre ile 250 ° C'de pişirilir.
    3. Mevduat krom (Cr) 20 nm kalınlığında bir tabaka oluşturur ve daha sonra elektron ışınlı (e-kiriş) buharlaşma ile 3 mikron kalınlığında bir tabaka oluşturmak için bakır (Cu) yatırmak için (baz basıncı: ~ 1 × 10 -7 Torr , biriktirme basıncı: ~ 1 × 10 -6 Torr, biriktirme hızı: 1-5 Å / s). Evaporatörde gömülü birikim kontrolör arayüzü ile film kalınlığını izleyin.
      NOT: Cu kalın tabaka cihaz ve ince Cr tabakasının mikro dirençleri elektrik iletkenliğinin yeterli düzeyde sağlarPI ve Cu arasındaki yapışmayı arttırmak için kullanılır.
    4. 10 sn için 900 rpm'de üç aşamada, 60 saniye boyunca 1100 rpm ve 20 saniye boyunca 4000 rpm'lik bir fotorezist (2 mi) Spincoat ve daha sonra 30 dakika boyunca 75 ° C'de bir sıcak plaka üzerinde onu tedavi.
      Not: Yukarıda tarif edilen sıralı adımları kalın (> 10 mikron) fotorezist biriktirilmesi için kullanıldı.
    5. Cu elektronik desenleri (sensörler, fraktal 'Peano' tasarım genişliği ve ara bağlantı içinde 35 mikron ile, serpantin açık örgü tasarımı genişliği 50 mm) ile aynı hizaya getirin Si gofret merkezinde UV hizalama kullanarak (güç: 10 mW / sn) poz süresi 25 s ile.
      Not: fraktal yapılar sadece kıvrımlı özellikleri 14 ile karşılaştırıldığında, üstün mekanik gerilebilirlik elde etmek için kullanılır.
    6. Bir dakika: (geliştirici ve DI su 2 oranında 1) DI su ile durulayın ve azot ile kuru bir seyreltilmiş baz geliştirici ışığa geliştirin. Bir mikro kullanarak desenleri (Cu fraktalları ve interconnects) kontrol edinkapsam özelliği boyutunu onaylayın ve partikül herhangi bir kusur bulmak.
      NOT: Herhangi bir istenmeyen kusurları varsa, o zaman aseton / IPA / DI suyla durulayarak ışığa çıkarın. Nitrojen ile kurutulduktan sonra, 1.2.4 den 1.2.6 için adımları tekrarlayın.
    7. ~ 6 dakika için bir ıslak kimyasal oyma daldırarak silisyum Cu katmanı Etch (10 mi; 1 oranında amonyum persülfat ve su karışımı: 4; 40 ° C 8 nm / sn oranına oyma), durulama DI su ve azot ile kurutun. Herhangi aşırı kazınmış desenleri bir mikroskop kullanılarak desen kontrol edin.
      NOT: desenler fazla kazınmış, bu cihaz kullanım ve yıkama işlemi sırasında mekanik kırık yol açabilecek özellikleri, istenmeyen keskin kenarlara neden olabilir. Önceki test sonuçları aşırı aşındırma özgün desenleri fazla 20 ~ den% yukarıda belirtilen konuların neden olduğunu gösterdi.
    8. 300 mTor, güç: 200 W, CF 4 gazı: 5 s basınç, reaktif iyon aşındırma (RIE Cr katmanı Etchccm, O 2 gazı: 10 sccm) 5 dakika. Desen kontrol edin.
      NOT: Cr tabakasının gravür için, RIE süreci Cu tabaka ile olumsuz tepkiye sebep kimyasal aşındırma ıslak tercih edilir.
    9. Sırasıyla aseton gofret (10 mi), IPA (10 mi) ve distile su (20 mi) daldırılmasıyla metal katmanların kalmıştır ışığa çıkarın. Ardından, azot ile kurulayın.
    10. Spincoat PI pipetleme metal tevdi gofret (2 mi), 4000 rpm'de 1 dakika için 5 dakika boyunca 150 ° C'de bir sıcak plaka üzerindeki bir 1,2-mikron kalınlığında tabaka ön fırında oluşturur ve post-Bake için 2 saat boyunca 250 ° C.
    11. 10 sn için 900 rpm'de üç aşamada, 60 saniye boyunca 1100 rpm ve 20 saniye boyunca 4000 rpm'lik bir fotorezist (2 mi) Spincoat ve daha sonra 30 dakika boyunca 75 ° C'de bir sıcak plaka üzerinde onu tedavi.
    12. Cu elektronik saklanması PI desenleri hizalayın (sensörler, genişlik ve ara bağlantı içinde 35 mikron ile fraktal 'Peano' tasarımı, 250 ile serpantin açık örgü tasarımıpozlama süresi 25 sn 10 mW / sn): UV hizalama (güç kullanarak önceden tanımlanmış Cu fractalların ve ara bağlantı ile genişliği mikron).
    13. Bir dakika: (geliştirici ve DI su 2 oranında 1) DI su ile durulayın ve azot ile kuru bir seyreltilmiş geliştirici ile ışığa geliştirin. Özellik boyutunu onaylayın ve partikül herhangi bir kusur bulmak için bir mikroskop kullanılarak desen kontrol edin.
      NOT: Herhangi bir istenmeyen kusurları varsa, o zaman aseton / IPA / DI suyla durulayarak ışığa çıkarın. Nitrojen ile kurutulduktan sonra, 1.2.10 den 1.2.13 adımları tekrarlayın.
    14. 25 dakika boyunca RIE (20 sccm: 170 mTor, güç: 150 W, O 2 gaz basıncı) ile PI katmanı etch. Desen kontrol edin.
    15. Sırasıyla aseton gofret (10 mi), IPA (10 mi) ve distile su (20 mi) daldırılmasıyla kalan ışığa çıkarın. Ardından, azot ile kurulayın.
  3. Elastomerik bir membran hazırlama
    1. Silikon karışımı (1 kapsül bir 10 g elde edin:1 hacim baz ve sertleştirici oranı) ve kızılötesi kamerayı kullanarak cilt üzerinde sıcaklık değişiminin kontrol ölçümlerini kolaylaştırmaktır birebir hacim oranı, siyah mürekkep 15 ekleyin.
      NOT: kullanılan silikon (net kapsül kauçuk) cihaza 16 düşük viskoziteli, optik netlik ve elektriksel izolasyon / koruma benzersiz özelliklerini sağlamaktadır.
    2. 1 dakika için 150 rpm'de bir petri karışımın Spincoat 8 g / O için N oda sıcaklığında 500 um kalınlığında elastomerik bir membran ve tedavi oluşturulması için.
      Not: Malzeme eşit kalınlığı için düz bir yüzey üzerine yerleştirilmesi gerekir.
    3. Keskin bir jilet kullanarak x 30 mm 70 mm istenilen boyut içine zarı kesin ve yavaşça petri ayırmak.
  4. Al ve elektronik transferi
    1. Suda çözünebilen bir kaset (25 mm x 80 mm) Kesme ve fabrikasyon elektronik desenleri üzerine laminat nazikçe ve 130 ° C'de ocak üzerine koyun3 dakika karıştırıldı.
      NOT: Sıcaklık yükselmesi yüzeyinden elektronik desen ayrışma yardım Si gofret PDMS katmanı genişletir.
    2. Elektronik desenleri almak için PDMS / Si gofret hızla bandı çıkarın.
    3. Yatırın 20 nm e-ışın buharlaştırma yoluyla alınan desenleri 50 nm kalınlığında silisyum dioksit (SiO2) takip Cr (yapışma için) kalın.
    4. Yüzey aktif hale getirmek için 2 dk için hedeflenen silikon membran üzerinde UV lambası (365 nm, 8,9 mW / cm2) kullanılarak UV / ozon tedavi edin.
    5. Istenilen konuma banda alınan kalıpları yerleştirmek ve eşit alt tabakaya aşağı desen üst tarafında baskı ekleyerek silikon membran desenleri aktarın. 5 dakika boyunca bandı eritmek için su uygulayın.
      Not: Malzeme transferi tarif edilen işlem kovalent bağ (Si-O-Si) ile kolaylaştırılır yerleştirilmiş bir silikon dioksid ve UV aktif silikon alt-tabaka arasında 17
    6. Soyma şeridi, 1 dakika boyunca 90 ° C'de bir sıcak plaka üzerinde DI su ve kuru ile yıkayınız.
  5. Bir silikon membran kullanılarak cihazı kapsüllemek
    1. (: Baz 1 hacim oranı ve sertleştirici 1) silikon karışımı encapsulating bir 10 g hazırlayın.
    2. Pedleri kaplama silikon önlemek için alt silikon membran ile van der Waals bağ, bir dikdörtgen PDMS parçasının (22 × 6 × 1 mm 3) kablo temas pedleri örtün.
    3. 4000 rpm'de silikon karışımı 5 g Spincoat 1 dakika transfer elektroniği 5 mikron kalınlığında bir tabaka oluşturmak için ve daha sonra / Ç için oda sıcaklığında N tedavi.
  6. Veri toplama için esnek şerit kablo bağlayın
    1. Temiz bir yüzey yapmak için 3 sn konnektör pedleri, pipetle sıvı çelik akı (0.5 ml), uygulayın.
    2. Yüksek sıcaklıkta basınçla temas noktalarında üzerinde ince, esnek bir şerit kablo Bond (> 60 ° C). Tipik bir saç straightener kolay kullanım ve bağ bulunmaktadır.
      Not: Mikro film kablosu silikon transfer metal membran herhangi bir mekanik kırık önlemek için, geleneksel sert lehim teli tercih edilir.
    3. Dijital multimetre kullanarak elektrik bağlantısını kontrol edin. (: ~ 1 cm arayla mesafe) direnç değeri bir ucu sensör pedi ve film kablonun diğer ucu arasında en az 1 Ohm bekleniyor.
    4. Aşama 1.6.2 açıklanan aynı strateji ile özelleştirilmiş baskılı devre kartına şerit kablosunun diğer ucunu Bond.
    5. Dijital multimetre kullanarak elektrik bağlantısını kontrol edin.
    6. PCB üzerinde geleneksel telleri lehim ile veri toplama donanımı ile bağlayın.

2. Klinik Test

  1. Bir dezenfektan solüsyon kullanarak Aygıtı temizleme
    1. (:, Su ve çözelti 1 lik hacim oranında 40) seyreltik bir dezenfektan çözeltisi 205 g hazırlayın.
    2. Spreycihazda çözeltisi (10 g) ve 10 dakika boyunca bekletin.
      NOT: seyreltildi dezenfektan temizleyici oda sıcaklığında saklanabilir.
    3. Üç kez su ile durulayın ve temiz dokuları ile kurulayın.
  2. Cihaz test için ekipman bir dizi kurmak
    1. Hazırlayın ve bir akım kaynağı, bir çoklayıcı ve veri kayıt için bir dizüstü bilgisayarda yüklü özel yazılımı ile bir kilit-amplifikatör bağlayın.
    2. Bir tripod üzerinde bir kızılötesi kamera yerleştirin ve referans olarak termografi için bir hedef nesneye odaklanın.
    3. Bir kilit-amplifikatör kadar ayarlayın sistem parametreleri ısı iletkenliğini ölçmek için (frekans: 1 & 3 Hz; zaman sabiti: 3 ve 1 saniye; duyarlılık: 1 mV; dinamik rezerv: Yüksek rezerv) ve sıcaklık (frekans: 997 Hz; zamanı sabit: 300 msn; duyarlılık: 2 mV; dinamik rezerv: düşük gürültü) uygulanan sabit akım (2 mA ile).
    4. Mikroüretim ve transfer baskı tarafından hazırlanan ve yaranın üzerine monte edilmiş, iki yara cihazlarını bağlayın veSağ hastanın verileri kaydetmeden önce çoklayıcı kontralateral siteleri.
  3. Telaffuz sıcaklık ve ısı iletkenliği
    NOT: veri toplama yazılımı uzaktan kilit-in gerçek zamanlı veri izleme ve kaydetme için amplifikatörü kontrol edebilirsiniz, hangi ölçüye edilir. Sıcaklık ölçümü, her bir veri noktası 20 sn için, her 300 ms'den ölçülür. İlk 10 saniye sonraki 10 saniye için veri grubu, sırasıyla, ortalama sıcaklık değerinin ve standart sapmayı hesaplamak için kullanılır. Kaydedilen veriler daha sonra kızılötesi termografi verilerle karşılaştırma için bir grafik çizmek için kullanılan bir virgülle ayrılmış değer dosyası olarak kaydedilir. Isı iletkenlik ölçümünde, 3Ω sinyalleri doğrudan o analitik ısı iletkenliğini hesaplamak için kullanılan donanım ekran (amplifikatör), okunur.
    1. Yavaşça antiseptik alkol kullanarak cilt üzerinde cihaz uygulama siteleri 10 mendil ovalayın.
    2. 2.3.2) hafifçe yumuşak bağ kolaylaştırmak için parmakları ile cilde cihazı basarak istenilen cilt yerle ilgili iki cihaz Laminat: cerrahi yara sitesinde bir ve bir referans olarak kontralateral yere başka.
    3. Veri toplama başlatarak cihazın ısı iletkenliği ile de ilişkilendirilebilecektir elektrik gerilimi (3Ω) ölçün.
    4. Cilde cihazın konformal temas doğrulamak için elde edilen verilerin değerlendirilmesi; Anormal değer (<0.1 W / mK) cihazın kötü temasını gösterir.
    5. Özel yazılım sayesinde sıcaklık dağılımı ve kayıt verileri belirlemek için elektrik direnci ölçün.
    6. Cilt üzerinde iki cihazın optik ve kızılötesi görüntülerin alın.
    7. Yara cihazına (2.3.5) kaydedilen verilerle IR görüntüleri sıcaklık değerlerini karşılaştırın. Özelleştirilmiş e-tablodaki sütunları ayırmak için her iki değerleri ekleyin.
  4. Kaydedilen verileri analiz
    1. Kaydedilen verileri dışaotomatik cihazdaki sensörler bir diziden sıcaklık ve ısı iletkenliğini hesaplamak için şablon özelleştirilmiş.
    2. Bir ay boyunca karşılaştırmak için veri (sıcaklık ve farklı bir zaman ölçeğinde sensör konumuna göre ısı iletkenliği) (dört gün 1, 3, 15 üzerinde veri setleri ve 30) çizilir.
    3. Sıcaklık ve zamana göre ısı iletkenlik verileri bir dizi karşılaştırarak verileri analiz; Ani yükselti ile değerler veya yara sitelerinde yara iyileşmesi faz ve / veya beklenmeyen anormallik değişikliğini anlatmak bırakın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Şekil 1 hastada kantitatif, deri yara yönetimi için tasarlanmış konformal, deri gibi elektronik sistemin özelliklerine genel bir bakış sunar. Çok fonksiyonlu elektronik cihaz mikro fraktal yapılar 3,14 oluşur ve ipliksi serpantin olağanüstü mekanik gerilebilirliğe ve bükülebilirliğini sunan ince elastomerik membran üzerinde 9,17 izler. Tamamen silikon katmanları tarafından alınmış uyumlu cihaz yalnız van der Waals etkileşimleri aracılığıyla cilt üzerinde yumuşak, geri dönüşümlü laminasyon sağlar. Cihazın benzersiz özellikleri gerçekçi klinik ortamlarda kullanım için biyouyumluluk, su geçirmezlik, kolaylığı kullanımı ve mekanik esneklik sayılabilir.

Bu tür polimerlerin bir metal (silikon, poliimid, ve bakır) hibrid malzemelerden entegrasyonu, elektriksel olarak, güvenli bir su geçirmez ve biyo-uyumlu bir cihaz (Şekil 2A) elde edilir.Fraktal bir dizi (bakır, Cu) dirençleri (35 genişliğinde um ve kalınlığı 3'ün mikron) çekirdeği üzerine uygulanan bükme suşları en aza indirmek için, katmanlar (kalınlığı 1.2 mm, PI) kapalı poliimit tarafından, nötr mekanik düzlemde yerleştirilir Klinik uygulamalarda malzeme (Cu).

Silikon membran üzerinde cihazın toplam kalınlığı sadece ~ 600 mikron aşırı bükülebilirliğini sunarak olduğunu. Şekil 2B'de şematik çizimler deri gibi elektronik sistemin mikroimalat sürecini açıklar. Üretim yöntemi, yeni geliştirilen transfer baskı tekniklerinin (alma, aktarma ve yapıştırma) 9,14,18,19 geleneksel mikroimalat teknikleri (metallization, fotolitografi ve aşındırma) birleştirir. Bir aygıtın Bu tip bir otomatik baskı ekipmanları 20,21 ile büyük ölçekli transfer baskı kullanılarak büyütülüyor olabilir.

Şekil 3 mechanica özetlerl gerilebilme ve cilt gibi elektronik elektrik işlevselliği, önceki çalışma 10 rapor. Sonlu elemanlar metodu (FEM) ile Mekaniği ve Malzemeler çalışma doğal hareketleri karşılamak ve mekanik kırık (Şekil 3A, üst) olmadan, klinik kullanımda katılan suşları, uygulanan optimal sistem tasarımı sunar. % 30 (Şekil 3aa, alt) çekme suşları ile fraktal yapının mekanik davranışını sunar deneysel çalışma FEM sonuçları ile iyi bir anlaşma gösterir. (- 3D Şekiller 3B) mikro dirençleri ile cihaz sıcaklığı ve ısıl iletkenlik ve hassas, lokalize ısıtma teslim kantitatif ölçümü için kullanılır. Sıcaklık değişimine uygun olarak, elektrikli direnç kalibrasyon eğrisinin kızıl ötesi kamera ve yüksek hassasiyetli sıcak plaka (Şekil 3B) kullanılarak elde edilmiştir. Ölçülen ısı iletkenlik değerlendirme yöntemi olanİki farklı alternatif akım frekansları (Şekil 3c) 3 omega gerilim sinyalleri kullanır 3 omega tekniği 13 uyarlanmıştır. Fraktal dirençleri Uygulanan elektrik akımının (10 mW 35 mA) terapötik bir mod (Şekil 3D) 'de kontrol edilebilir bir sıcaklık çalıştırılmasını sunmaktadır Joule ısıtması oluşur.

Pratik, klinik uygulamalar için, elde tutulan cihazın önerilen temizleme işlemi hastalarda kullanımdan önce dezenfekte içerir. Su geçirmez cihaz üzerinde bir dezenfektan solüsyon püskürtülmesi ve su içinde üç kez durulama aşağıdaki klinik testler (Şekil 4A ve 4B) Cihazı hazırlar. Cihazın nitel biyouyumluluk değerlendirilmesi görsel hastalarda kullanımının birden döngüleri boyunca cilt rengi ve dokusu değişikliği araştıran cilt yüzeyini (Şekil 4C), incelemek için bir dijital iletişim mikroskop kullanır. Bir enfraruj (IR) thermography eritem sıcaklık yükselmesine neden 22 gibi yan etkileri beri yaklaşık iki hafta (Şekil 4D) cilt koşulları kantitatif bir değerlendirmesini yapabilir. Incelenen cihazlar, yara doku ve (bir referans olarak) karşı yere yakın lamine edilir. Sıcaklık ve termal iletkenlik ilgili parametrelerin kaydedilmesi bir sınav salonunda bir veri toplama sistemi ve IR görüntüleme (Şekil 4E ve 4F) kullanılarak yapılır.

Şekil 5, önceki çalışmada, 10 bir hasta üzerinde deri yaralarının iyileşme kantitatif ölçümü için temsili verileri sunulur. Şekil 5A fotoğraf bir dizi bir ay boyunca cilt monte cihaz ile yara iyileşmesi izleme sürecini göstermektedir. Siyah mürekkeple ile boyanmış yara cihazı, cerrahi yara yakın lamine edilmiştir. Kalem kantitatif dat için aynı yere cihazın montajını güdümlü deride işaretler Yara ve referans siteler arasında cihaz ve karşılaştırma sensörler bir dizi kullanarak günde 30 Ölçüm sıcaklığı ve termal iletkenlik değişiminin güne 1 bir karşılaştırma yara iyileşmesi fazı yakalar, inflamasyon (Şekil 5B - 5E). Ve ısı iletkenlik (Şekil 5D - 5E) rekor değişimi - yara cihazda son derece hassas, altı sensörler 3. Gün (5C Şekil 5B) vücut sıcaklığı ve nokta yoğun inflamasyon minimal değişiklik yakalamak başardık. Referans veri kümesi, bir kontrol olarak, karşı taraftan ölçülmüştür.

Figür 1
Şekil, bir hastaya deri gibi, yara izleme cihazının özelliklerinin 1. Genel Bakış.> Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 2,
Şekil 2. Cihaz imalat (A) Sol aygıt düzenleri (şematik gösterimi; tabaka 1:. Üstündeki şeffaf silikon, katman 2: PI, katman 3: Cu, katman 4: PI ve katman 5: siyah silikon alt) ve tamamlanmış, esnek / gerilebilir elektronik (sağda). adım adım üretim süreci (kesit görünüş) (B) Çizim. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3. Cihaz özellikleri (izni ile çoğaltılabilir 10. (A) Sonlu elemanlar yöntemi (FEM) sonuçları (üstte) ve tek eksenli çekme suşları kadar altında bir fraktal yapının gelen deneysel sonuçlar (alt) Cihaz kalibrasyonu için üç sensörler kullanılarak ısıl iletkenlik% 30. (B) cihaz kalibrasyonu için altı sensörler kullanılarak sıcaklık ölçümü. (C) Ölçüm. (D) lokalize Joule ısıtma ile bir mikro-ısıtıcı olarak kullanılan cihazın İnfrared termografi . Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
4. Klinik test süreci Şekil. Bir temizleme solüsyonu kullanarak cihazın (A) Dezenfeksiyon.Klinik testler için yüzeyi temizlemek için suyla durulama (B). Dijital iletişim mikroskobu (solda) ve deride (sağda) büyütülmüş görünümünü kullanarak (C) Deri değerlendirmesi. (D) sıcaklık kantitatif değerlendirilmesi için cilt Infrared termografi varyasyon. (E) bir sınav salonunda yara tedavisinde klinik ayar. (F) yara (sağ bacak) ve kontralateral sitede (sol bacak) dokuların yakın lamine cihazları Büyütülmüş fotoğraf. Bu büyük halini görmek için tıklayınız rakam.

Şekil 5,
Cihaz ile yara iyileşmesi kantitatif yönetim Şekil 5. Temsilcisi veri (Advanced Materials Sağlık izni ile çoğaltılabilir 10. Bir ay boyunca cihaz ile yara (A) Fotoğraflar. Altı sensörler ile bir ay boyunca yara yakın sıcaklık dağılımının (B) Kayıt Cihaz (ek). Referans olarak, bir taraf bir konumda sıcaklık dağılımının (C) kaydedilmesi. cihazı (ek) içinde üç sensör ile yapılan bir ay yara yakınındaki ısıl iletkenlik (D) kaydedilmesi. Termal (E) Kayıt bir referans olarak kontralateral yere iletkenlik. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Bu çalışma Mühendislik Fakültesi, Virginia Commonwealth Üniversitesi ve elektronik cihazların bazı Wright Virginia Mikroelektronik Merkezi'nde mikroüretim tesislerinde hazırlanan dan başlangıç ​​finansmanı ile desteklenmiştir. Biz yayınlanan makalede 10 edinilen cihaz ve klinik veriler (bu yazıda Şekil 3 ve 5), için katkılarda araştırmacıların kabul. Ismarlama, veri kayıt yazılımı W.-HY teşekkür Yoshiaki Hattori.

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

  1. Dargaville, T. R., et al. Sensors and imaging for wound healing: A review. Biosens Bioelectron. 41, 30-42 (2013).
  2. Panuncialman, J., Hammerman, S., Carson, P., Falanga, V. Wound edge biopsy sites in chronic wounds heal rapidly and do not result in delayed wound healing. J Invest Dermatol. 129, S47-S47 (2009).
  3. Hess, C. T., Kirsner, R. S. Orchestrating Wound Healing: Assessing and Preparing the Wound Bed. Adv Skin Wound Care. 16, (5), 246-257 (2003).
  4. Lange-Asschenfeldt, S., et al. Applicability of confocal laser scanning microscopy for evaluation and monitoring of cutaneous wound healing. J Biomed Opt. 17, (7), (2012).
  5. Crane, N. J., Elster, E. A. Vibrational spectroscopy: a tool being developed for the noninvasive monitoring of wound healing. J Biomed Opt. 17, (7), (2012).
  6. Jeong, J. W., et al. Materials and Optimized Designs for Human-Machine Interfaces Via Epidermal Electronics. Adv Mater. 25, (47), 6839-6846 (2013).
  7. Kim, D. H., et al. Epidermal Electronics. Science. 333, (6044), 838-843 (2011).
  8. Webb, R. C., et al. Ultrathin conformal devices for precise and continuous thermal characterization of human skin (vol 12, pg 938). Nat Mater. 12, 1078-1078 (2013).
  9. Yeo, W. H., et al. Multifunctional Epidermal Electronics Printed Directly Onto the Skin. Adv Mater. 25, (20), 2773-2778 (2013).
  10. Hattori, Y., et al. Multifunctional skin-like electronics for quantitative, clinical monitoring of cutaneous wound healing. Adv Healthc Mater. 3, (10), 1597-1607 (2014).
  11. Guo, S., DiPietro, L. A. Factors Affecting Wound Healing. J Dent Res. 89, (3), 219-229 (2010).
  12. Matzeu, G., et al. Skin temperature monitoring by a wireless sensor. Ieee Ind Elec. 3533-3535 (2011).
  13. Cahill, D. G. Thermal-Conductivity Measurement from 30-K to 750-K - the 3-Omega Method. Rev Sci Instrum. 61, (2), 802-808 (1990).
  14. Fan, J. A., et al. Fractal Design Concepts for Stretchable Electronics. Nature Commun. 5, (3266), (2013).
  15. Song, Y. M., et al. Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye. Nature. 497, (7447), 95-99 (2013).
  16. Jeong, J. W., et al. Capacitive Epidermal Electronics for Electrically Safe, Long-Term Electrophysiological Measurements. Adv Healthc Mater. 3, (5), 642-648 (2013).
  17. Zhang, Y. H., et al. Experimental and Theoretical Studies of Serpentine Microstructures Bonded To Prestrained Elastomers for Stretchable Electronics. Adv Funct Mater. 24, (14), 2028-2037 (2014).
  18. Carlson, A., Bowen, A. M., Huang, Y. G., Nuzzo, R. G., Rogers, J. A. Transfer Printing Techniques for Materials Assembly and Micro/Nanodevice Fabrication. Adv Mater. 24, (39), 5284-5318 (2012).
  19. Yeo, W. H., Webb, R. C., Lee, W., Jung, S., Rogers, J. A. Bio-integrated electronics and sensor systems. Proc Spie. 8725, (2013).
  20. Chung, H. J., et al. Fabrication of Releasable Single-Crystal Silicon–Metal Oxide Field-Effect Devices and Their Deterministic Assembly on Foreign Substrates. Adv Funct Mater. 21, (16), 3029-3036 (2011).
  21. Kim, H. S., et al. Unusual strategies for using indium gallium nitride grown on silicon (111) for solid-state lighting. Proc Natl Acad Sci U.S.A. 108, (25), 10072-10077 (2011).
  22. Padilla-Medina, J. A., et al. Assessment technique for acne treatments based on statistical parameters of skin thermal images. J Biomed Opt. 19, (4), 046019-046019 (2014).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics