Herstellung von feinen Elektroden an der Spitze der Injektionsnadel mit Fotolack Spritzen und Flexible Fotomaske für biomedizinische Anwendungen

Injektionsnadeln sind weit verbreitet in Krankenhäusern für Biopsien und Drug-Delivery eingesetzt, weil sie billig und einfach zu bedienen sind. Sie haben auch ausgezeichnete mechanische Eigenschaften trotz ihres dünnen Durchmessers und eine scharfkantige Struktur geeignet für Invasion. Während einer Biopsie sind die Zielgeweben in der hohlen Injektionsnadel mit Ultraschall Anleitung¹abgetastet. Obwohl Ultraschall frei von Strahlung, sicher für Föten und schwangeren Frauen ist und Echtzeit-Bildgebung bietet, es ist schwierig, die Organe zu sehen, die tief in den Körper, vor allem bei adipösen Patienten weil Ultraschallwellen Luft eindringen können oder Fettgewebe². Darüber hinaus kann kein Chirurg Tiefeninformationen aus der zweidimensionalen Sonographie, die herkömmlich, in den meisten Krankenhäusern verwendet wird, wodurch die Notwendigkeit für mehrere Biopsien wenn Ärzte Geschick fehlt erwerben oder zu erleben. Bei der Medikamentenabgabe für Spinalanästhesie feststellen Ärzte, dass die Nadel den spinalen Raum erreicht hat, wenn der Liquor cerebrospinalis (CSF) rückwärts in die Spritze fließt, während sorgfältig einsetzen der Nadel in den Rücken des Patienten. Nach der Bestätigung des Rückfluss von CSF, ist die Wirbelsäule Platz³das Anästhesie-Medikament injiziert. Allerdings riskieren Ärzte eindringen oder Abschneiden von Nervenfasern im Bereich der Wirbelsäule verursacht starken Schmerzen, Patienten und sogar Paraplegie^4,5. Dieses Verfahren erfordert daher auch einen geschickten Arzt. Eine Lösung zu überwinden und die genannten Schwierigkeiten zu mildern ist die Injektionsnadel eine Navigationsfunktion hinzu, so dass objektiver Informationen über die Nadelposition bereitgestellt werden kann. Dies würde einen Arzt ohne weiteres eine Biopsie, Drug-Delivery und sogar eine Operation durchzuführen, ohne unter Berufung auf ihre empirische Urteil nur helfen.

Um elektrisch lokalisieren die Zielgeweben im Körper, eine Injektionsnadel unter Einbeziehung einer elektrische Impedanz Spektroskopie wurde (EIS) Sensor als EIS-am-a-Nadel (EoN)⁶eingeführt. Der EIS-Sensor ist derzeit auf dem Gebiet der biomedizinischen Technik für Anwendungen wie DNA-Detektion^7,8,9, Bakterien/Viren Erkennung^{10,11,12 genutzt.} , und Analyse am Gewebe bzw. Zellen^{13,14,15,16,17,18,19,20 , 21 , 22}. die EoN können unterschiedliche Materialien in einem Frequenzbereich, die aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit und der Permittivität unterscheiden. Die Fähigkeit, Diskriminierung der EoN wurde für verschiedene Konzentrationen von Phosphat gepufferte Kochsalzlösung (PBS)²³, Schweine Fett/Muskel Gewebe^6,23und sogar menschliche Normal/Nierenkrebs Gewebe^{24 überprüft. ,25}. Diese Fähigkeit der EON wird voraussichtlich deutlich erhöhen die Genauigkeit der Biopsie durch Auffinden der Zielgewebe basierend auf die Unterschiede der elektrischen Impedanz zwischen den Zielgeweben Läsion und die benachbarten normalen Gewebe. In ähnlicher Weise untersucht Unterschiede in der elektrischen Impedanz zwischen der Injektion von Drogen Raum (spinal oder epidural Raum) und umgebende Gewebe kann helfen Ärzten eine Narkose Droge am genauen Zielort zu liefern. Darüber hinaus kann die EoN genutzt werden, um elektrisch stimulieren den Gehirn/Muskel eine optimale operative Marge während Operationen zu bestimmen, bei denen die partielle Resektion eines Tumors, z. B. partielle Nephrektomie, als viel normales Gewebe als zu erhalten möglich.

Eine der größten Herausforderungen bei der Realisierung der EoN ist die Herstellung von Elektroden auf der gekrümmten Oberfläche einer Injektionsnadel mit einem kleinen Radius der Krümmung. Direkten Metall Musterung mit einem konventionellen Fotolithografie-Verfahren gilt als ungeeignet für die Herstellung von Mikro-Größe Elektroden auf einem gekrümmten Substrat mit einem Durchmesser von mehreren Millimetern oder weniger. So weit, verschiedene Methoden, einschließlich der winkeltreue Drucken²⁶, flexible Trocknen Film Photoresist²⁷, mikrofluidischen Methode²⁸, Nanoimprint Lithographie²⁹und Substrat-rotierenden Lithographie³⁰, wurden eingeführt, um Metall/Polymer-Muster auf einer gekrümmten Oberfläche herzustellen. Allerdings gibt es noch Einschränkungen aufgrund der EoN-Anforderungen, wie z. B. das gewünschte Substrat mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm, total Elektrodenlänge von 20 mm oder mehr, Breite und Abstand der Elektroden in zehn Mikrometer und hohe Stückzahlen bis hin.

In der vorliegenden Studie wird direkte Metall Musterung durch den Einsatz von Fotolack Spray Beschichtung und einer flexiblen Folie Fotomaske vorgeschlagen, Kleinstunternehmen Elektroden auf der gekrümmten Oberfläche einer Injektionsnadel zu realisieren. Der Durchmesser der Nadel ist so klein wie 720 µm (22-Spur), die häufig für Biopsien und Drug-Delivery in Krankenhäusern verwendet wird. Die Produktionsausbeute des vorgeschlagenen Herstellungsverfahren ist auch ausgewertet, um festzustellen, die Machbarkeit der Bulk-Produktion zu einem erschwinglichen Preis.