Fabrikasjon av Fine elektrodene på tuppen av sprøyte nål bruke Photoresist Spray belegg og fleksibel Photomask for biomedisinsk programmer
Summary
Metoden fabrikasjon for fine interdigitated elektroder (gap og bredde: 20 µm) på spissen av en sprøyte nål (diameter: 720 µm) er vist med en spray belegg og fleksibel film photomask i klima og jordsmonn prosessen.
Abstract
Vi har innført en fabrikasjon metode for elektriske impedans spektroskopi (EIS) – på – en-p (EoN: EIS-på-en-p) å finne målet vev i kroppen ved å måle og analysere forskjeller i elektriske impedansen mellom ulike biotissues. Dette dokumentet beskriver metoden fabrikasjon av fine interdigitated elektroder (IDE) på spissen av en sprøyte nål bruker photoresist spray belegg og fleksibel film photomask i klima og jordsmonn prosessen. En polyetylen terephthalate (PET) varme krympe rør (HST) med en veggtykkelse på 25 µm er ansatt som isolasjon og passivation laget. PET HST viser en høyere mekanisk holdbarhet sammenlignet med poly(p-xylylene) polymerer, som har vært mye brukt som et dielektrisk belegg. Videre viser HST god Bestandighet mot de fleste syrer og baser, som er en fordel for å begrense kjemisk skade på EoN. Bruk av EoN er spesielt foretrukket for karakterisering av kjemikalier/biologisk materiale eller fabrikasjon bruker Sure/basic kjemikalier. Fabrikkert gap og bredden på IDEs er så små som 20 µm totale bredden og lengden på IDEs er 400 µm og 860 µm, henholdsvis. Fabrikasjon fra spissen (avstanden mellom spissen av sprøyte nål og startpunktet for IDEs) sprøyte nålen er så liten som 680 µm, som indikerer at unødvendig overdreven invasjonen i biotissues kan unngås under den elektrisk impedans mål. EoN har stort potensial for klinisk bruk, som for skjoldbrusk biopsier og anestesi narkotika-leveranser i spinal plass. Videre, selv i kirurgi som involverer den delvis fjerning av svulster, EoN kan brukes til å beholde mye normalt vev som mulig ved å registrere kirurgisk margin (normalt vev som er fjernet med det inngrep forbrukeravgift av en svulst) mellom normal og lesjonen vev.
Introduction
Sprøyte nåler er mye benyttet i sykehus for biopsier og narkotika-leveranser fordi de er billig og enkel å bruke. De har også gode mekaniske egenskaper til tross for deres tynne diameter og en skarpe struktur egnet for invasjon. Under en biopsi samples målet vev i hule sprøyte nål ultrasonography veiledning1. Selv om ultrasonography uten stråling, trygt for fostre og gravide kvinner, og tilbyr sanntid imaging, er det vanskelig å se organer som er dypt inne i kroppen, spesielt i tilfellet overvektige pasienter fordi ultrasoniske bølger ikke kan trenge gjennom luften eller fettvev2. I tillegg en kirurg kan ikke hente dybde informasjon fra den todimensjonal ultrasonography som er konvensjonelt benyttet i de fleste sykehus, noe som resulterer i behov for flere biopsier hvis leger mangel ferdigheter eller erfaring. I narkotika-leveranser for spinal anestesi bestemmer leger at nålen har nådd spinal plass hvis spinalvæske (CSF) flyter bakover i sprøyten stund nøye setter inn nålen inn pasientens baksiden. Etter å ha bekreftet til refluks av CSF, injiseres anestesi stoffet i spinal plass3. Imidlertid risikerer leger gjennomtrengende eller kutte av nerve fiber i spinal plass, forårsaker alvorlig smerte for pasienter og selv paraplegia4,5. Denne fremgangsmåten krever dermed også en dyktig lege. En løsning å overvinne og redusere nevnte vanskelighetene er å legge til en navigasjonsfunksjon sprøyte nål slik at objektiv informasjon på nålens posisjon. Denne ville hjelpe lege lett utføre en biopsi, narkotika-leveranser og enda en operasjon uten å stole på deres empirisk dom bare.
For å lokalisere elektrisk målet vev i kroppen, en sprøyte nål omfatter en elektrisk impedans spektroskopi blitt (EIS) sensor innført som EIS-på-en-p (EoN)6. EIS sensoren er benyttet i feltet for biomedical engineering for applikasjoner som DNA oppdagelse7,8,9, bakterier/virus oppdagelsen10,11,12 , og analyse på celler/vev13,14,15,16,17,18,19,20 , 21 , 22. den EoN kan skille mellom ulike materialer i en frekvens domene basert på elektrisk ledningsevne og permittivity. Diskriminering evnen til EoN ble bekreftet av forskjellig konsentrasjon vanskelighetsgrad fosfat bufret saltvann (PBS)23, svin fett/muskel vev6,23og engang menneskelig nyre normal/kreft vev24 ,25. Denne funksjonen i EoN forventes å betydelig øke biopsi nøyaktigheten ved å finne målet vev basert på forskjellen i elektriske impedans målet lesjon vev og de nærliggende normalt vev. På en lignende måte, undersøker forskjellene i elektriske impedansen mellom injeksjonsbruk plass (spinal eller epidural plass) og omkringliggende vev kan hjelpe leger levere en bedøvelse stoff på nøyaktig målplasseringen. Videre kan til EoN benyttes for å stimulere elektrisk hjernen/muskel så vel som for å finne en optimal kirurgisk margin under operasjoner som involverer den delvis fjerning av en svulst, som delvis nephrectomy, å beholde mye normalt vev som mulig.
En av de største utfordringene i realiseringen av EoN er fabrikasjon av elektrodene på buede overflaten av en sprøyte nål har en liten radius av forskjellig type. Direkte metall mønstre bruker en konvensjonell klima og jordsmonn har vært ansett som upassende for fabrikasjon av mikrostørrelse elektrodene på en buet substrat med en diameter på flere millimeter eller mindre. Så langt, ulike metoder, inkludert conformal utskrift26, fleksibel tørr film photoresist27, microfluidic metoden28, nanoimprint litografi29og underlaget-roterende litografi30, er introdusert for å dikte metal/polymer mønstre på en buet overflate. Men er det fortsatt begrensninger EoN krav, som ønsket substratet med en diameter på mindre enn 1 mm, totalt elektrode lengden på 20 mm eller mer, bredde og avstand på elektrodene i titalls mikrometer, og høyt volum produksjon.
Studien, er direkte metall mønstre ved hjelp av photoresist spray belegg og en fleksibel film photomask foreslått å realisere mikrostørrelse elektrodene på buede overflaten av en sprøyte nål. Diameteren på nålen er så liten som 720 µm (22-gauge), som er mye brukt for biopsier og narkotika-leveranser i sykehus. Produksjonsytelse i metoden foreslått fabrikasjon også evalueres for å fastslå mulighetene for bulk produksjon til en rimelig pris.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi viste at klima og jordsmonn spray belegg og en film photomask er en mulig å dikte fin ide på buede overflaten av en sprøyte nål med liten diameter mindre enn 1 mm. Både bredden og gapet IDEs er så lite som 20 µm og fabrikasjon fra spissen er så liten som 680 µm. I protokollen er justering prosessen, inkludert kile fjerning, et kritisk punkt. Produksjonsytelse var over 90% når EoN ble produsert individuelt gjennom en grundig justering. Dette angir at foreslåtte fabrikasjon metoden har potensial til å utvikl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av “Biomedisinsk integrert teknologiforskning” prosjektet gjennom et stipend gitt av GIST i 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).
