Fotorezist sprey kaplama ve esnek Photomask Biyomedikal uygulamalarda kullanarak Hipodermik iğne ucu üzerinde ince elektrotlar imalatı
Summary
İmalat yöntemi iyi interdigitated elektrotlar için (boşluk ve Genişlik: 20 µm) bir şırınga iğnesi ucunda (çapı: 720 µm) fotolitografi sürecinde bir sprey kaplama ve bükülgen ince tabaka photomask kullanarak gösterilmiştir.
Abstract
-On – elektrik empedans spektroskopisi (EIS) için bir üretim yöntemi girmiştik bir-iğne (EoN: iğne üzerinde EIS) hedef dokulara vücutta tarafından ölçme ve analiz birbirine benzemeyen biotissues arasında elektrik empedans farklılıkları bulmak için. Bu kağıt kaplama fotorezist sprey ve bükülgen ince tabaka photomask fotolitografi sürecinde kullanarak Hipodermik İğne ucunda iyi interdigitated elektrotlar (IDE) imalat yöntemi açıklar. Bir polietilen tereftalat (PET) ısı küçültme (HST) ile tüp kalınlığı 25 µm izolasyon ve pasivasyon katman olarak istihdam edilmektedir. Evde beslenen hayvan HST yaygın bir yalıtkan kaplama malzemesi olarak kullanılan poly(p-xylylene) polimerler ile karşılaştırıldığında daha yüksek bir mekanik dayanıklılık gösterir. Ayrıca, HST EoN kimyasal zarar sınırlamak için avantajlı olduğu çoğu asitler ve bazlar, iyi kimyasal direnç gösterir. EoN kullanımı özellikle Kimyasalları/biyomalzemelerin veya asidik/temel kimyasallar kullanarak imalat karakterizasyonu için tercih edilir. Uydurma bir boşluk ve IDE genişliğini 20 µm küçük ve genel genişliği ve uzunluğu IDE 400 µm ve 860 µm, sırasıyla vardır. İmalat kenar boşluğundan Hipodermik iğne ucu (Hipodermik iğne ucu ve IDE başlangıç noktası arasındaki uzaklık) 680 µm kadar küçük olan bu gereksiz yere aşırı işgali biotissues içine gösterir sırasında önlenebilir Elektrik empedans ölçümü. EoN tiroid biyopsisi ve anestezi ilaç dağıtım bir omurga alanı gibi klinik kullanım için yüksek bir potansiyele sahiptir. Ayrıca, kısmi rezeksiyon tümörlerin içeren bile ameliyatta, EoN mümkün olduğunca çok normal doku cerrahi kenar boşluğu (tümör cerrahi eksizyon ile kaldırılır normal doku) algılayarak arasında normal koruyabilir için istihdam edilebilir ve lezyon dokular.
Introduction
Çünkü ucuz ve kullanımı kolay Hipodermik İğne biyopsileri ve ilaç dağıtım için hastanelerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda onların ince çapı ve işgal için uygun bir keskin kenarlı yapısı rağmen mükemmel mekanik özellikleri var. Biyopsi sırasında hedef dokulara Hipodermik İğne Ultrasonografi rehberlik1boş tatmak. Ultrasonografi radyasyon, fetus ve hamile kadınlar için güvenli ücretsizdir ve gerçek zamanlı görüntüleme sağlar, ultrasonik dalgalar hava nüfuz edemez çünkü olan obez hastalar durumunda özellikle vücut içinde derin organları görmek zor olsa da veya yağlı doku2. Buna ek olarak, bir cerrah hastaneler, doktorlar beceri eksikliği varsa birden fazla biyopsi ihtiyacını sonuçlanan çoğunda standart olarak kullanılan iki boyutlu Ultrasonografi derinlik bilgi edinemez veya deneyim. Spinal anestezi için ilaç dağıtım içinde Doktorlar beyin-omurilik sıvısı (bos) geriye doğru akar şırınga dikkatle iğne hastanın arkasına eklerken Eğer iğne omurga alanı ulaştı belirlemek. CSF reflü onayladıktan sonra anestezi uyuşturucu omurga alanı3içine enjekte edilir. Ancak, doktorlar şiddetli ağrı neden hasta ve hatta parapleji4,5delici veya sinir lifleri spinal uzayda kapalı kesme riske. Bu nedenle, bu yordam da usta bir doktor gerektirir. İğne pozisyonu hakkında objektif bilgi sağlanan Hipodermik İğne bir gezinme işlevini eklemeniz üstesinden gelmek ve söz konusu zorluklar azaltmak için bir çözüm olabilir. Bu bir doktor kolayca kendi ampirik karar sadece dayanarak olmadan biyopsi, ilaç dağıtım ve hatta bir cerrahi gerçekleştirmek yardımcı olacaktır.
Elektriksel olarak hedef dokulara vücutta bir elektrik empedans spektroskopisi birleştiren bir şırınga iğnesi yerelleştirmek için (EIS) sensör EIS-on-a-iğne (EoN)6tanıtılmıştır. EIS sensör şu anda DNA algılama7,8,9, bakteri/virüs hafiye10,11,12 gibi uygulamalar için Biyomedikal Mühendisliği alanında kullanılmaktadır ve hücre/doku13,14,15,16,17,18,19,20 üzerinde analiz , 21 , 22. EoN kendi elektriksel iletkenlik ve geçirgenlik dayalı bir frekans etki alanındaki farklı malzemeler arasında ayrımcılık. EoN ayrımcılık yeteneği konsantrasyon ve çeşitli düzeylerini fosfat tamponlu tuz (PBS)23, domuz yağ/kas dokuları6,23, insan bile böbrek normal/kanser dokuları24 için doğrulandı ,25. EoN bu yeteneğini hedef lezyon doku ve komşu normal dokuların arasında elektrik empedans farklılıkları temel alan hedef dokulara bularak biyopsi doğruluğu önemli ölçüde artırması bekleniyor. Benzer bir şekilde soruşturma uyuşturucu enjekte arasında elektrik empedans farklılıkları (spinal ya da epidural boşluk) uzay ve dokuları çevreleyen bir anestezi uyuşturucu tam hedef yeri teslim hekimler yardımcı olabilir. Ayrıca, EoN elektrikle ilgili çok normal doku olarak korumak için kısmi nefrektomi gibi bir tümör kısmi rezeksiyonu ameliyat sırasında en uygun cerrahi kenar boşluğu belirlemek için beyin/kas de uyarmak için kullanılması gereken mümkün.
EoN gerçekleştirilmesi en büyük zorluklardan biri küçük bir eğrilik yarıçapı sahip bir şırınga iğnesi kavisli yüzeyi elektrotlar imalatı var. Geleneksel fotolitografi işlemiyle doğrudan metal desenlendirme mikro ölçekli elektrotlar bir eğri yüzey üzerinde fabrikasyon birkaç milimetre çapında için uygun olmayan veya daha az olarak kabul edilmiştir. Şimdiye kadar açıkorurdur yazdırma26, esnek dahil olmak üzere çeşitli yöntemleri film fotorezist27, mikrosıvısal yöntemi28, nanoimprint litografi29ve substrat-saat yönünde litografi30kuru, olmuştur metal/polimer desenleri bir eğri yüzey üzerinde imal tanıştırdı. Ancak, hala sınırlamaları gibi çapı 1 mm den az, toplam elektrot uzunluğu 20 mm veya daha fazla gerekli substrat EoN gereksinimleri nedeniyle, genişlik ve elektrot arasında değişen on mikrometre ve yüksek hacimli üretim boşluğu vardır.
Bu da çalışmanın, istihdam fotorezist sprey kaplama ve bükülgen ince tabaka photomask tarafından doğrudan metal desenlendirme mikro ölçekli elektrotlar bir şırınga iğnesi eğri yüzey üzerinde gerçekleştirmek için önerilmiştir. Çapı iğne biyopsileri ve hastanelerde ilaç dağıtım için yaygın olarak kullanılan 720 µm (22 lik) olduğu kadar küçük. Önerilen imalat yöntemi üretim verimini de toplu üretim uygun fiyata fizibilite belirlemek için değerlendirilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Sprey kaplama ve bir film photomask kullanarak bu fotolitografi bir şırınga iğnesi kavisli yüzeyi daha az 1 mm küçük çaplı iyi IDE imal etmek uygun bir yöntemdir gösterdi. Genişliği ve IDE boşluğu 20 µm düşük ve imalat kenar boşluğu ucundan 680 µm küçüktür. Protokolde hizalama işlemi, kama hata kaldırma, kritik bir adımdır. EoN ayrı ayrı bir titiz hizalama işlemi boyunca üretim sırasında üretim verim % 90 bitmişti. Bu önerilen imalat yöntemi toplu üretim vasıl an affordable fiya…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser “Biyomedikal entegre teknoloji araştırma” projenin özü tarafından 2017 yılında sağlanan hibe yoluyla tarafından desteklenmiştir.
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 |
Referenzen
- 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).
