Изготовление тонкой электродов на кончике подкожных игл с помощью фоторезиста спрей покрытия и гибкие фотошаблонов для биомедицинских приложений
Summary
Метод изготовления для тонкой штыревой электродов (разрыв и ширина: 20 мкм) на кончике иглы подкожных (диаметр: 720 мкм) подтверждается с помощью спрей покрытия и гибкой пленки photomask в процессе фотолитографии.
Abstract
Мы ввели метод изготовления для электрических импедансной спектроскопии (EIS) – на –иглы (EoN: EIS на иглы) для поиска целевой ткани в организме путем измерения и анализа различий в электрического сопротивления между разнородными биотканей. Этот документ описывает метод изготовления тонкой штыревой электродов (IDEs) на кончике подкожных игл, с помощью фоторезиста спрей покрытия и гибкой пленки photomask в процессе фотолитографии. Полиэтилена полиэтилентерефталата (ПЭТ) тепла Термоусадочные трубки (HST) стене толщиной 25 мкм применяется как изоляция и пассивации слоя. PET HST показывает более высокой механической прочностью, по сравнению с poly(p-xylylene) полимерами, которые широко использовались в качестве диэлектрических покрытий материала. Кроме того HST показывает хорошая химическая стойкость для большинства кислот и щелочей, который выгоден для ограничения химических повреждений для EoN. Использование EoN особенно предпочтительным для характеристики химических веществ/биоматериалов или изготовления с использованием кислой/базовых химических веществ. Сфабрикованы разрыв и ширина Иды как малые, как 20 мкм, и общая ширина и длина Иды 400 мкм и 860 мкм, соответственно. Изготовление маржа от кончика (расстояние между кончиком иглы, шприцы и отправной точкой IDEs) подкожных игл как маленький 680 мкм, который указывает, что излишне чрезмерного вторжение в биотканей можно избежать во время Измерение электрического сопротивления. EoN имеет высокий потенциал для клинического применения, таких как для биопсии щитовидной железы и доставки лекарств анестезии в пространстве спинного мозга. Кроме того, даже в хирургии, которая предполагает частичную резекцию опухолей, EoN может использоваться для сохранения как много нормальной ткани как можно путем обнаружения хирургического маржа (нормальные ткани, который удаляется с хирургическое иссечение опухоли) между нормальной и поражения тканей.
Introduction
Иглы широко используются в больницах для биопсии и доставки лекарств, потому, что они являются недорогим и простым в использовании. Они также имеют отличные механические свойства, несмотря на их тонкого диаметра и острыми кромками структура подходит для вторжения. Во время биопсии тканях-мишенях отбираются в дупле подкожных игл с УЗИ руководство1. Хотя УЗИ бесплатно излучения, безопасен для плода и беременной женщины и обеспечивает в реальном времени изображений, трудно увидеть органов, которые находятся глубоко внутри тела, особенно в случае пациентов с ожирением, потому, что ультразвуковые волны не могут проникать воздух или жировой ткани2. Кроме того, хирург не может приобрести глубина информации из двумерных УЗИ, который традиционно используется в большинстве больниц, что приводит к необходимости для нескольких биопсии если врачи не хватает навыков или опыта. В доставки лекарств для спинальной анестезии врачи определяют, что игла достиг пространство спинного мозга, если спинномозговой жидкости (СМЖ) течет назад в шприц в тщательно вставляя иглу в спину пациента. После подтверждения рефлюкс ФГО, анестезии препарат вводят в спинномозговой пространства3. Однако врачи риска проникновения или отрезать нервных волокон в пространство спинного мозга, вызывая сильную боль для больных и даже параплегия4,5. Таким образом эта процедура также требует умелого врача. Одним из решений для преодоления и смягчения вышеупомянутые трудности является добавление функции навигации для подкожных игл, так что объективная информация о позиции иглы могут быть предоставлены. Это помогло бы легко выполнить биопсию, доставки лекарств и даже хирургии не полагаясь на их эмпирических суждение только врач.
Для электрически локализации целевого тканей в организме, подкожных игл, включающих сопротивление электрического спектроскопия (EIS) датчик был введен как EIS на иглы (Эон)6. Датчик СЭИ в настоящее время используется в области биомедицинской инженерии для приложений, таких как ДНК обнаружения7,8,9, бактерии/вирусы обнаружения10,11,12 и анализ клеток/тканей13,14,,1516,17,18,19,20 , 21 , 22. EoN может различать разнородных материалов в частотной области, на основе их электрической проводимости и диэлектрическая проницаемость. Была проверена возможность дискриминации EoN для различных уровней концентрации фосфатов в буфер солевой (PBS)23, свиного жира/мышечной ткани6,23, и даже человека нормальный/рака почек тканей24 ,25. Ожидается, что эта возможность EoN значительно повысить точность биопсии путем размещения целевых тканей, основанных на различиях в импеданс между целевой поражения тканей и соседних нормальных тканей. Аналогичным образом следственный различия электрического сопротивления между употреблением наркотиков путем инъекций пространства (спинальной или эпидуральной пространства) и окружающих тканей может помочь врачам доставить анестезии препарат на точное целевое расположение. Кроме того EoN могут быть использованы для электрически стимулировать мозг/мышцы также относительно определения оптимального хирургического поля во время хирургических операций, которые связаны с частичной резекции опухоли, такие как частичная нефрэктомия, чтобы сохранить как много нормальной ткани как возможно.
Один из самых больших проблем в деле реализации EoN является изготовление электродов на изогнутые поверхности подкожных игл, имея небольшой радиус кривизны. Прямые металлические патронирования, с использованием обычных фотолитографии процесса рассматривается как неподобающе для изготовления микро размеров электродов на изогнутой поверхности с диаметром несколько миллиметров или меньше. Пока различные методы, включая конформное печати26, гибкие сухой пленки фоторезиста27, microfluidic метод28, nanoimprint литография29и субстрат вращающийся литографии30, были представил для изготовления металла/полимерных узоры на изогнутой поверхности. Однако есть еще ограничения, обусловленные EoN требования, такие как требуется субстрат с диаметром менее 1 мм, длина всего электрода 20 мм или более, ширина и зазор электродов, начиная в десятков микрометров и большого объема производства.
В настоящем исследовании прямые металлические патронирования, используя фоторезиста спрей покрытия и гибкая пленка photomask предлагается реализовать микро размеров электродов на изогнутые поверхности подкожных игл. Диаметр иглы как маленький 720 мкм (22-датчика), который широко используется для биопсии и доставки лекарств в больницах. Производство доходность предлагаемого изготовления также оценивается для определения возможности массового производства по доступной цене.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мы продемонстрировали, что фотолитографии, с помощью спрей покрытия и фильм photomask является осуществимым методом для изготовления тонкой IDEs на изогнутые поверхности подкожных игл с малым диаметром менее 1 мм. Как ширину, так и разрыв Иды как низко как 20 мкм, и изготовление маржа от кончик?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана проект «Биомедицинских интегрированной технологии» через субсидии, предоставляемые ГИСТ в 2017 году.
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).
