Fabricação de eletrodos bem na ponta da agulha hipodérmica usando revestimento de pulverizador fotorresiste e Fotomáscara flexível para aplicações biomédicas
Summary
O método de fabricação de eletrodos interdigitantes bem (gap e largura: 20 µm) na ponta de uma agulha hipodérmica (diâmetro: 720 µm) é demonstrada usando um revestimento de pulverizador e película flexível Fotomáscara no processo de fotolitografia.
Abstract
Apresentamos um método de fabricação por espectroscopia de impedância elétrica (EIS) – em – um-agulha (EoN: EIS-em-um-agulha) para localizar os tecidos-alvo no corpo, medindo e analisando diferenças na impedância elétrica entre diferentes biotissues. Este artigo descreve o método de fabricação de eletrodos interdigitantes bem (IDEs) na ponta de uma agulha hipodérmica usando um revestimento de pulverizador fotorresiste e película flexível Fotomáscara no processo de fotolitografia. Um polietileno tereftalato (PET) calor tubo do psiquiatra do (HST) com uma espessura de parede de 25 µm é empregado como a camada de isolamento e passivação. O HST PET mostra uma maior durabilidade mecânica em comparação com poly(p-xylylene) polímeros, que têm sido amplamente utilizados como material de revestimento dielétrico. Além disso, o HST mostra boa resistência química à maioria dos ácidos e bases, que é uma vantagem para limitar o dano químico para o EoN. O uso do éon é especialmente preferido para a caracterização de produtos químicos/biomateriais ou fabricação usando produtos químicos ácido/básico. O gap fabricada e largura dos idos são tão pequenas quanto 20 µm, e a largura e o comprimento dos idos global são 400 µm e 860 µm, respectivamente. A margem de fabricação da ponta da agulha hipodérmica (distância entre a ponta da agulha hipodérmica e ponto de partida do IDEs) é tão pequena quanto 680 µm, que indica que essa invasão desnecessariamente excessiva em biotissues pode ser evitado durante o medição de impedância elétrica. O EoN tem um alto potencial para uso clínico, tais como biópsias tireoide e entrega de droga de anestesia em um espaço intervertebral. Além disso, mesmo na cirurgia, que envolve a ressecção parcial dos tumores, o EoN pode ser empregada para preservar como um tecido normal tanto quanto possível, detectando a margem cirúrgica (tecido normal que é removida com a excisão cirúrgica de um tumor) entre o normal e tecidos de lesão.
Introduction
Agulhas hipodérmicas são amplamente utilizadas em hospitais para biópsias e entrega da droga porque eles são baratos e fáceis de usar. Eles também têm excelentes propriedades mecânicas, apesar do seu diâmetro fino e um afiado estrutura adequada para a invasão. Durante uma biópsia, os tecidos-alvo são amostrados no buraco da agulha hipodérmica com ultra-sonografia orientação1. Embora a ultra-sonografia é livre de radiação, segura para os fetos e gestantes e fornece imagens em tempo real, é difícil ver os órgãos que são profundamente dentro do corpo, especialmente no caso de pacientes obesos, porque as ondas ultra-sônicas não podem penetrar o ar ou adiposo2. Além disso, um cirurgião não pode adquirir informações de profundidade da ultra-sonografia bidimensional que é convencionalmente utilizada na maioria dos hospitais, resultando na necessidade de múltiplas biópsias se médicos faltam habilidade ou experiência. Na entrega da droga para raquianestesia, médicos determinam que a agulha atingiu o espaço espinhal se o fluido cerebrospinal (CSF) flui para trás para a seringa ao introduzir cuidadosamente a agulha nas costas do paciente. Depois de confirmar o refluxo de LÍQUOR, a droga de anestesia é injetada no espaço intervertebral3. No entanto, os médicos arriscar penetrante ou cortando as fibras nervosas no espaço da coluna vertebral, causando dor intensa aos pacientes e mesmo paraplegia4,5. Assim, este procedimento também exige um médico hábil. Uma solução para superar e atenuar as dificuldades acima mencionadas é adicionar uma função de navegação para a agulha hipodérmica, para que possam dispor de informações objectivas sobre a posição da agulha. Isso ajudaria um médico prontamente realizar uma biópsia, entrega de drogas e até mesmo uma cirurgia sem depender de seu julgamento empírico somente.
Para localizar eletricamente os tecidos-alvo no corpo, uma agulha hipodérmica, incorporando uma espectroscopia de impedância elétrica sensor (SIE) foi introduzido como EIS-em-um-agulha (EoN)6. O sensor de sie é atualmente utilizado no campo da engenharia biomédica para aplicações tais como o DNA deteção7,8,9, bactérias/vírus deteção10,11,12 e análise de tecidos/células13,14,15,16,17,18,19,20 , 21 , 22. o EoN pode discriminar entre materiais dissimilares em um domínio de frequência com base em sua condutividade elétrica e permissividade. A capacidade de discriminação do éon foi verificada por vários níveis de concentração de tampão fosfato salino (PBS)23, gordura/músculo suíno tecidos6,23e tecidos humanos renal normal/câncer24 ,25. Esta capacidade do EoN é esperada para aumentar consideravelmente a precisão de biópsia localizando os tecidos-alvo com base nas diferenças de impedância elétrica entre os tecidos da lesão alvo e os tecidos normais vizinhos. De maneira semelhante, investiga diferenças na impedância elétrica entre a injeção de drogas espaço (espaço epidural ou espinhal) e dos tecidos circundantes podem ajudar os médicos a entregar uma droga de anestesia do local de destino exato. Além disso, o EoN pode ser utilizado para estimular eletricamente o cérebro/muscular, bem como para determinar uma margem cirúrgica ideal durante cirurgias que envolvem a ressecção parcial do tumor, tais como nefrectomia parcial, para preservar como um tecido muito normal como possível.
Um dos maiores desafios na realização do éon é a fabricação de eletrodos na superfície curva da agulha hipodérmica tendo um pequeno raio de curvatura. Padronização de metal direta usando um processo de fotolitografia convencional tem sido considerada como inadequada para a fabricação de eletrodos de micro-empresas em um substrato curvo de vários milímetros de diâmetro ou menos. Até agora, vários métodos, incluindo conformal impressão26, flexível seca filme fotorresiste27, o microfluidic método28, nanoimprint litografia29e substrato rotativo litografia30, ter sido introduzida para fabricar padrões de metal/polímero em uma superfície curva. No entanto, ainda existem limitações devido a requisitos de EoN, tais como o substrato necessário com um diâmetro de menos de 1 mm, comprimento do eletrodo total igual ou superior a 20 mm, a largura e a lacuna de eletrodos, que variam em dezenas de micrômetros e produção de alto volume.
No presente estudo, propõe-se padronização metal direta empregando fotorresiste revestimento de pulverizador e uma filme flexível Fotomáscara para perceber tamanho micro eletrodos na superfície curva da agulha hipodérmica. O diâmetro da agulha é tão pequeno quanto 720 µm (calibre 22), que é amplamente utilizado para biópsias e administração de medicamentos em hospitais. O rendimento de produção do método proposto de fabricação também é avaliado para determinar a viabilidade da produção em massa a um preço acessível.
Protocol
Representative Results
Discussion
Demonstrámos que fotolitografia usando revestimento de pulverizador e uma filme Fotomáscara é um método viável para fabricar IDEs bem sobre a superfície curva da agulha hipodérmica com um pequeno diâmetro de menos de 1 mm. Tanto a largura e a lacuna de idos são tão baixos quanto 20 µm, e a margem de fabricação da ponta é tão pequena como 680 µm. O protocolo, o processo de alinhamento, incluindo a remoção do erro de cunha, é um passo crítico. O rendimento de produção foi superior a 90% quando o EoN f…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado pelo projecto “Investigação biomédica de tecnologia integrada”, através de uma concessão fornecida pela GIST em 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 |
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