Fabricage van fijne elektroden op het puntje van een hypodermische naald met behulp van fotoresist Spray Coating en flexibele Photomask voor biomedische toepassingen

Injectienaalden zijn wijd gebruikt in ziekenhuizen voor biopsieën en drug delivery, omdat ze goedkoop en makkelijk te gebruiken zijn. Ze hebben ook uitstekende mechanische eigenschappen ondanks hun dunne diameter en een scherpe structuur geschikt voor invasie. Tijdens een biopsie, worden de onderzoeken weefsels bemonsterd in de holte van de hypodermische naald met Ultrasonografie richtsnoeren¹. Hoewel Ultrasonografie vrij van straling, veilig voor foetussen en zwangere vrouwen is, en real-time beeldvorming biedt, is het moeilijk om te zien van organen die diep in het lichaam, vooral in het geval van patiënten met obesitas, omdat ultrasone golven lucht niet kunnen doordringen of vetweefsel². Bovendien, een chirurg kan niet het verwerven van diepte informatie uit de twee-dimensionale Ultrasonografie dat conventioneel wordt gebruikt in de meeste ziekenhuizen, wat resulteert in de noodzaak van meerdere biopsieën als artsen gebrek aan vaardigheid of ervaring. In de levering van de drug voor Spinale anesthesie bepalen artsen dat de naald de spinale ruimte heeft bereikt als de cerebrospinale vloeistof (CSF) naar achteren in de spuit stroomt bij het zorgvuldig het invoegen van de naald in de achterkant van de patiënt. Na het bevestigen van de Terugvloeiing van CB, wordt de verdoving drug geïnjecteerd in de spinale ruimte³. Maar riskeert artsen penetrerende of afsnijden van zenuwvezels in de spinale ruimte, veroorzaakt hevige pijn aan patiënten en zelfs dwarslaesie^4,5. Hiervoor is dus ook een bekwaam arts. Een oplossing om te overwinnen en verzachten van de bovengenoemde moeilijkheden is een navigatie-functie toevoegen aan de hypodermische naald zodat objectieve informatie over de positie van de naald kan worden verstrekt. Dit zou een arts gemakkelijk een biopsie, drug delivery, en zelfs een operatie te voeren zonder te vertrouwen op hun empirische oordeel alleen helpen.

Elektrisch lokaliseren de onderzoeken weefsels in het lichaam, een hypodermische naald nemen een elektrische impedantie-spectroscopie (EIS) sensor geïntroduceerd als EIS-op-een-naald (EoN)⁶. De sensor van de EIS wordt momenteel gebruikt in het gebied van biomedische technologie voor toepassingen zoals DNA detectie^7,8,9, bacteriën/virus detectie^10,11,12 , en analyse van cellen/weefsels^{13,14,15,16,17,18,19,20 , 21 , 22}. de EoN kan onderscheid maken tussen verschillende materialen in een frequentiedomein op basis van hun elektrische geleidbaarheid en de permittiviteit. Het vermogen van de discriminatie van de EoN werd gecontroleerd voor verschillende concentraties van fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS)²³,^6,23van de weefsels van de varkens vet/spier en zelfs menselijke renale normaal/kanker weefsels^{24 ,25}. Deze functionaliteit van de EoN naar verwachting aanzienlijk stijgen de biopsie nauwkeurigheid door het lokaliseren van de weefsels van de target op basis van de verschillen in elektrische impedantie tussen de weefsels van de laesie doel en de naburige normale weefsels. Op een vergelijkbare manier, behandelende verschillen in de elektrische impedantie tussen de drug injectie ruimte (spinale of epidurale ruimte) en omringende weefsels kunnen artsen leveren een verdoving drug op de exacte doelvestiging. Bovendien, de EoN kan worden gebruikt om elektrisch het stimuleren van de hersenen/spier alsmede over het bepalen van een optimale chirurgische marge tijdens operaties die betrekking hebben op de gedeeltelijke resectie van een tumor, zoals gedeeltelijke Nefrectomie, om te bewaren als veel normale weefsel als mogelijk.

Een van de grootste uitdagingen in de realisatie van de EoN is de fabricage van de elektroden op het gebogen oppervlak van een hypodermische naald met een kleine kromtestraal. Directe metalen patronen met behulp van een conventionele fotolithografie proces werd beschouwd als ongeschikt voor de fabrikatie van micro-formaat elektroden op een gebogen substraat met een diameter van enkele millimeters of minder. Tot nu toe diverse methoden, met inbegrip van de hoekgetrouwe afdrukken²⁶, flexibele droge film fotoresist²⁷, de microfluidic methode²⁸nanoimprint lithografie²⁹en substraat-roteert lithografie³⁰, geweest ingevoerd om het fabriceren van metaal/polymeer patronen op een gebogen oppervlak. Er zijn echter nog steeds beperkingen als gevolg van de EoN-eisen, zoals de vereiste substraat met een diameter van minder dan 1 mm, totale elektrode lengte van 20 mm of meer, breedte en tussenruimte van elektroden variërend in tientallen micrometers, en productie van grote hoeveelheden.

In de huidige studie, wordt directe metalen patronen door fotoresist spray coating en een soepel vlies photomask voorgesteld te realiseren van micro-formaat elektroden op het gebogen oppervlak van een hypodermische naald. De diameter van de naald is zo klein als 720 µm (22-gauge), die wordt veel gebruikt voor biopsieën en drug delivery in ziekenhuizen. De opbrengst van de productie van de voorgestelde fabricage methode is ook geëvalueerd om te bepalen van de haalbaarheid van bulk productie tegen een betaalbare prijs.