ייצור של אלקטרודות בסדר על הקצה של מחט Hypodermic באמצעות תרסיס Photoresist ציפוי גמיש Photomask ביו יישומים
Summary
שיטת ייצור אלקטרודות interdigitated בסדר (מרווח ורוחב: 20 מיקרומטר) בקצה של מחט תת-עורית (קוטר: 720 מיקרומטר) הוכח באמצעות תרסיס ציפוי גמיש סרט photomask בתהליך פוטוליתוגרפיה.
Abstract
יש לנו הציג שיטה פבריקציה נוספת עכבה חשמלית ספקטרוסקופיה (EIS) – און –מחט (EoN: EIS-ב–מחט) כדי לאתר היעד רקמות בגוף על ידי מדידה וניתוח ההבדלים עכבה חשמלית בין biotissues שונים. מאמר זה מתאר את שיטת ייצור אלקטרודות interdigitated בסדר (אידו) בקצה של מחט תת-עורית באמצעות תרסיס photoresist ציפוי גמיש סרט photomask בתהליך פוטוליתוגרפיה. פוליאתילן terephthalate (PET) חום הפסיכיאטר צינור (HST) עם עובי קיר של מיקרומטר 25 הוא מועסק כשכבת בידוד, פסיבציה. PET HST מראה עמידות מכנית גבוהה יותר בהשוואה פולימרים poly(p-xylylene), אשר היה בשימוש נרחב כחומר ציפוי מבודד. יתר על כן, HST מראה עמידות כימית טובה כדי רוב חומצות ובסיסים, אשר היא יתרון עבור הגבלת נזק כימי היוני. השימוש היוני עדיף במיוחד עבור אפיון חומרים כימיים/biomaterials או ייצור שימוש בכימיקלים בסיסי/חומצי. הפער מפוברק ורוחב של רוחות הן קטן כמו 20 מיקרומטר, רוחב ואורך הכוללת של רוחות הם מיקרומטר 400 ו- 860 מיקרומטר, בהתאמה. השוליים פבריקציה נוספת מקצה (המרחק בין קצה מחט hypodermic נקודת ההתחלה של רוחות) במזרק קטן ממש כמו מיקרומטר 680, המציין את פלישת biotissues ללא צורך מוגזם יכול להימנע במהלך מדידות עכבה חשמלית. היוני יש פוטנציאל גבוה לשימוש קליני, כגון בלוטת התריס ביופסיות ואספקה סם הרדמה בחלל בעמוד השדרה. יתרה מזאת, אפילו בניתוח הכרוך על כריתה חלקית של גידולים היוני יכול להיות מועסק לשמר כמו רקמה נורמלית הרבה ככל האפשר על ידי גילוי השוליים כירורגי (הרקמות שהוסרו עם ניתוח הכריתה של הגידול) בין הרגיל, הנגע רקמות.
Introduction
מזרקים מנוצלים נרחב בבתי חולים ביופסיות ואספקה סמים כי הם זול, קל לשימוש. יש להם גם תכונות מכניות מעולה למרות שלהם בקוטר דק מתאים הפלישה מבנה עם קצוות חדים. במהלך ביופסיה, ברקמות היעד הם לטעום בכף במזרק עם בדיקת אולטרה סאונד הדרכה1. למרות בדיקת אולטרה סאונד ללא קרינה, בטוח עבור העוברים ונשים בהריון, ומספק הדמיה בזמן אמת, זה קשה לראות את האיברים שנמצאים עמוק בתוך הגוף, במיוחד במקרה של חולים שמנים כי גלי אולטראסאונד לא חודר אוויר או רקמות שומן2. בנוסף, מנתח יכול לרכוש מידע עומק בדיקת אולטרה-סאונד מימדי זה הוא מנוצל כמקובל ברוב המכריע של חולים, וכתוצאה מכך הצורך ביופסיות מרובות אם רופאים חוסר מיומנות או לחוות. ב משלוח סמים עבור זריקת הרדמה בעמוד השדרה, רופאים לקבוע כי המחט הגיע השטח בעמוד השדרה אם נוזל מוחי שדרתי (CSF) זורם לתוך המזרק אחורה בזמן בקפידה החדרת המחט אל תוך הגב של המטופל. לאחר שנוכח ריפלוקס CSF, הסם הרדמה מוזרק לתוך שטח בעמוד השדרה3. עם זאת, רופאים סיכון חדירה או לחתוך את סיבי עצב בחלל בעמוד השדרה, גרימת כאב חמור חולים, אפילו לשיתוק4,5. כך, הליך זה דורש גם רופא מיומן. פתרון אחד כדי להתגבר על, להמתיק את הקשיים הנ ל הוא כדי להוסיף פונקציה ניווט במזרק כך ניתן לספק מידע אובייקטיבי על המחט. זה יעזור רופא בקלות לבצע ביופסיה, תרופות, אפילו ניתוח מבלי להסתמך על שיפוטם אמפירי בלבד.
על מנת חשמלית לשפה ברקמות היעד בגוף, מחט תת-עורית בעזרתם של ספקטרוסקופיה עכבה חשמלית (EIS) חיישן כבר הציג כמו EIS-ב–מחט (EoN)6. החיישן EIS מנוצלים כיום בתחום של הנדסה ביו-רפואית עבור יישומים כגון ה-DNA זיהוי7,8,9, חיידקים או הווירוס זיהוי10,11,12 , וניתוח על תאים/רקמות13,14,15,16,17,18,19,20 , 21 , 22. EoN יכול להפלות בין חומרים שונים זה מזה בתחום תדר מבוסס על מוליכות חשמלית, המקדם הדיאלקטרי שלהם. היכולת אפליה של היוני אומתה ברמות שונות ריכוז של פוספט buffered מלוחים (PBS)23,6,של רקמות שומן חזירי/שריר23בכלל אנושית רגילה/סרטן הכליה רקמות24 ,25. יכולת זו של היוני צפוי במידה ניכרת להגביר את הדיוק ביופסיה על-ידי איתור ברקמות היעד המבוסס על הבדלי עכבה חשמלית בין הרקמות הנגע היעד נורמלי הרקמות השכנות. באופן דומה, חקירת הבדלים עכבה חשמלית בין הזרקת סמים מרחב (שטח בעמוד השדרה או אפידורל), הרקמות הסובבות יכול לעזור לרופאים לספק סם הרדמה במיקום היעד המדויק. יתר על כן, יכול להיות מנוצל את היוני חשמלית לגרות את המוח/שריר גם לקבוע של שולי כירורגית אופטימלית במהלך ניתוחים המערבות את כריתה חלקית של גידול, כגון כריתת כליה חלקית, כדי לשמר כמו רקמה נורמלית יותר כמו אפשרי.
אחד האתגרים הגדולים ביותר מימוש של היוני הוא הזיוף של אלקטרודות על פני מעוקל מחט תת-עורית בעל רדיוס קטן של עקמומיות. המתבנת מתכת ישירה באמצעות תהליך פוטוליתוגרפיה הקונבנציונלית יש נחשב מתאים הזיוף של אלקטרודות מיקרו בגודל על מצע מעוקל עם קוטר של מספר מילימטרים או פחות. עד כה, בשיטות שונות, כולל קונפורמיים ההדפסה26, גמיש יבש הסרט photoresist27, שיטת microfluidic28, nanoimprint ליתוגרפיה29ו המצע-סיבוב ליתוגרפיה30, כבר הציג בפני לפברק תבניות מתכת/פולימר על משטח מעוקל. עם זאת, יש עדיין מגבלות בשל הדרישות EoN, כגון המצע נדרש בקוטר של פחות מ 1 מ”מ, אורך אלקטרודה סך של 20 מ מ או יותר, רוחב, פער של אלקטרודות הנעות בעשרות מיקרומטר וייצור נפח גבוה.
במחקר הנוכחי, ישיר מתכת המתבנת בהחלת photoresist תרסיס ציפוי ו photomask סרט גמיש מוצע להבין אלקטרודות מיקרו בגודל על פני מעוקל מחט תת-עורית. הקוטר של המחט הוא קטן כמו 720 מיקרומטר (22-מד), אשר נמצא בשימוש נפוץ ביופסיות ואספקה סמים בבתי חולים. התשואה הייצור של השיטה המוצעת פבריקציה נוספת מחושבת גם כדי לקבוע את הכדאיות של ייצור בכמות גדולה במחיר סביר.
Protocol
Representative Results
Discussion
להדגים את פוטוליתוגרפיה באמצעות תרסיס ציפוי ו- photomask של הסרט היא שיטה האפשריים כדי לבדות אידו בסדר על-פני מעוקל מחט תת-עורית בקוטר קטן של פחות מ 1 מ”מ. הן ברוחב והן את הפער של רוחות נמוך כמו 20 מיקרומטר, השוליים פבריקציה נוספת מקצה קטן ממש כמו מיקרומטר 680. בתוך הפרוטוקול, תהליך יישור, כולל הסרת ש…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי בפרויקט “מחקר ביו טכנולוגיה משולבת” באמצעות מענק שמספק העיקר ב-2017.
Materials
| Heat shrink tube | VENTION MEDICAL, Inc. | 103-0655 | |
| Hypodermic needle (22G) | HWAJIN MEDICAL co. ltd | – | http://www.hwajinmedical.com |
| Heat gun | Weller | WHA600 | http://www.weller-tools.com/en/Home.html |
| Ultrasonic cleaner | HWASHIN INSTRUMENT CO, LTD. | POWERSONIC 620- | http://www.hwashin.net |
| Hotplate | AS ONE Corporation | 006560 | |
| Sputtering | A-Tech System. Ltd. | ATS/SPT/0208F | http://www.atechsystem.co.kr |
| Glass slide | Paul Marienfeld GmbH & Co. KG | 1000412 | |
| Spray coater | LITHOTEK | LSC-200 | |
| Photoresist | AZ electronic materials | GXR 601 | http://www.merck-performance-materials.com/en/index.html |
| Developer (solution) | AZ electronic materials | MIF 300 | http://www.merck-performance-materials.com/en/index.html |
| Aligner | MIDAS SYSTEM CO.,Ltd. | MDA-400M | http://www.midas-system.com |
| Microscope | NIKON Corporation | L200 | http://www.nikonmetrology.com |
| Au wet etchant | TRANSENE COMPANY, Inc. | Au etchant type TFA | http://transene.com |
| Cr wet etchant | KMG Electronic. Chemicals, Inc. | CR-7 | http://kmgchemicals.com |
| Au target | Thin films and Fine Materials | – | http://www.thifine.co.kr |
| Cr target | Thin films and Fine Materials | – | http://www.thifine.co.kr |
| Argon gas (99.999%) | SINIL Gas Co.Ltd | – | http://www.sigas.kr |
| Acetone solution | OCI Company Ltd | – | http://www.ocicorp.co.kr/company/index.asp |
| Impedance analyzer | Gamry Instruments Inc | Reference 600 | https://www.gamry.com |
| Height Controller | Mitutoyo Corporation | 192-613 | |
| Phosphate buffered saline | Life Technologies Corporation | 10010023 |
References
- Knappe, M., Louw, M., Gregor, R. T. Ultrasonography-guided fine-needle aspiration for the assessment of cervical metastases. Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 126 (9), 1091-1096 (2000).
- Paladini, D. Sonography in obese and overweight pregnant women: clinical, medicolegal and technical issues. Ultrasound Obstet Gynecol. 33 (6), 720-729 (2009).
- Okuda, Y., Mishio, M., Kitajima, T., Asai, T. Cremasteric reflex test as an objective indicator of spinal anaesthesia. Anaesthesia. 55 (6), 587-589 (2000).
- Pryle, B., Carter, J., Cadoux-Hudson, T. Delayed paraplegia following spinal anaesthesia. Anaesthesia. 51 (3), 263-265 (1996).
- SJÖSTRÖM, S., Bläss, J. Severe pain in both legs after spinal anaesthesia with hyperbaric 5% lignocaine solution. Anaesthesia. 49 (8), 700-702 (1994).
- Yun, J., et al. Electrochemical impedance spectroscopy with interdigitated electrodes at the end of hypodermic needle for depth profiling of biotissues. Sens Actuator B-Chem. 237, 984-991 (2016).
- Ye, W. W., Shi, J. Y., Chan, C. Y., Zhang, Y., Yang, M. A nanoporous membrane based impedance sensing platform for DNA sensing with gold nanoparticle amplification. Sens Actuator B-Chem. 193, 877-882 (2014).
- Wang, L., et al. A novel electrochemical biosensor based on dynamic polymerase-extending hybridization for E. coli O157: H7 DNA detection. Talanta. 78 (3), 647-652 (2009).
- Tran, H., et al. An electrochemical ELISA-like immunosensor for miRNAs detection based on screen-printed gold electrodes modified with reduced graphene oxide and carbon nanotubes. Biosens Bioelectron. 62, 25-30 (2014).
- Nguyen, B. T., et al. Membrane-based electrochemical nanobiosensor for the detection of virus. Anal Chem. 81 (17), 7226-7234 (2009).
- Tian, F., Lyu, J., Shi, J., Tan, F., Yang, M. A polymeric microfluidic device integrated with nanoporous alumina membranes for simultaneous detection of multiple foodborne pathogens. Sens Actuator B-Chem. 225, 312-318 (2016).
- Chan, K. Y., et al. Ultrasensitive detection of E. coli O157: H7 with biofunctional magnetic bead concentration via nanoporous membrane based electrochemical immunosensor. Biosens Bioelectron. 41, 532-537 (2013).
- Giaever, I., Keese, C. R. A morphological biosensor for mammalian cells. Nature. 366 (6455), 591 (1993).
- Lu, Y. -. Y., Huang, J. -. J., Huang, Y. -. J., Cheng, K. -. S. Cell growth characterization using multi-electrode bioimpedance spectroscopy. Meas Sci Technol. 24 (3), 035701 (2013).
- Müller, J., Thirion, C., Pfaffl, M. W. Electric cell-substrate impedance sensing (ECIS) based real-time measurement of titer dependent cytotoxicity induced by adenoviral vectors in an IPI-2I cell culture model. Biosens Bioelectron. 26 (5), 2000-2005 (2011).
- Nordberg, R. C., et al. Electrical Cell-Substrate Impedance Spectroscopy Can Monitor Age-Grouped Human Adipose Stem Cell Variability During Osteogenic Differentiation. Stem Cells Transl Med. , (2016).
- Messina, W., Fitzgerald, M., Moore, E. SEM and ECIS Investigation of Cells Cultured on Nanopillar Modified Interdigitated Impedance Electrodes for Analysis of Cell Growth and Cytotoxicity of Potential Anticancer Drugs. Electroanalysis. 28 (9), 2188-2195 (2016).
- Abdolahad, M., et al. Single-cell resolution diagnosis of cancer cells by carbon nanotube electrical spectroscopy. Nanoscale. 5 (8), 3421-3427 (2013).
- Lee, H., et al. An endoscope with integrated transparent bioelectronics and theranostic nanoparticles for colon cancer treatment. Nat Commun. 6, 10059 (2014).
- Haemmerich, D., Schutt, D. J., Wright, A. S., Webster, J. G., Mahvi, D. M. Electrical conductivity measurement of excised human metastatic liver tumours before and after thermal ablation. Physiol Meas. 30 (5), 459 (2009).
- Prakash, S., et al. Ex vivo electrical impedance measurements on excised hepatic tissue from human patients with metastatic colorectal cancer. Physiol Meas. 36 (2), 315 (2015).
- Yun, J., Kim, H. W., Kim, H. -. I., Lee, J. -. H. Electrical impedance spectroscopy on a needle for safer Veress needle insertion during laparoscopic surgery. Sens Actuator B-Chem. 250, 453-460 (2017).
- Yun, J., Kim, H. W., Lee, J. -. H. Improvement of Depth Profiling into Biotissues Using Micro Electrical Impedance Spectroscopy on a Needle with Selective Passivation. Sensors. 16 (12), 2207 (2016).
- Yun, J., et al. Micro electrical impedance spectroscopy on a needle for ex vivo discrimination between human normal and cancer renal tissues. Biomicrofluidics. 10 (3), 034109 (2016).
- Kim, H. W., Yun, J., Lee, J. Z., Shin, D. G., Lee, J. H. Evaluation of Electrical Impedance Spectroscopy-on-a-Needle as a Novel Tool to Determine Optimal Surgical Margin in Partial Nephrectomy. Adv Healthc. , (2017).
- Wu, H., et al. Conformal Pad-Printing Electrically Conductive Composites onto Thermoplastic Hemispheres: Toward Sustainable Fabrication of 3-Cents Volumetric Electrically Small Antennas. PLoS One. 10 (8), e0136939 (2015).
- Ahn, C., et al. Direct fabrication of thin film gold resistance temperature detection sensors on a curved surface using a flexible dry film photoresist and their calibration up to 450° C. C. J Micromech Microeng. 23 (6), 065031 (2013).
- Goluch, E. D., et al. Microfluidic method for in-situ deposition and precision patterning of thin-film metals on curved surfaces. Appl Phys Lett. 85 (16), 3629-3631 (2004).
- Hu, X., et al. A degradable polycyclic cross-linker for UV-curing nanoimprint lithography. J Mater Chem C. 2 (10), 1836-1843 (2014).
- Wu, J. -. T., Lai, H. -. C., Yang, S. -. Y., Huang, T. -. C., Wu, S. -. H. Dip coating cooperated with stepped rotating lithography to fabricate rigid microstructures onto a metal roller. Microelectron Eng. 87 (11), 2091-2096 (2010).
