Fabricación de electrodos finos en la punta de la aguja hipodérmica con capa de aerosol de la fotoresistencia y Photomask Flexible para aplicaciones biomédicas
Summary
El método de fabricación de finos electrodos interdigitados (espacio y ancho: 20 μm) en la punta de una aguja hipodérmica (diámetro: 720 μm) se demuestra mediante una capa de aerosol y la fotomáscara película flexible en el proceso de fotolitografía.
Abstract
Hemos introducido un método de fabricación para espectroscopia de impedancia eléctrica (EIS) – en – un-aguja (EoN: EIS en la aguja) para localizar tejidos diana en el cuerpo, midiendo y analizando las diferencias en la impedancia eléctrica entre diferentes biotissues. Este documento describe el método de fabricación de finos electrodos interdigitados (IDEs) en la punta de una aguja hipodérmica con una capa de aerosol de photoresist y flexible película photomask en el proceso de fotolitografía. Un polietileno tereftalato (PET) calor tubo del encogimiento (HST) con un espesor de pared de 25 μm se emplea como capa de aislamiento y estabilización. El TGV de PET muestra un mayor durabilidad mecánica en comparación con polímeros poly(p-xylylene), que han sido ampliamente utilizados como material de recubrimiento dieléctrico. Además, el HST muestra buena resistencia química a la mayoría de ácidos y bases, que es ventajoso para limitar el daño químico a lo EoN. El uso de la EoN es especialmente preferido para la caracterización de productos químicos/biomateriales o fabricación utilizando productos químicos ácidos/básicos. La brecha fabricado y el ancho de los idus son tan pequeñas como 20 μm, y la anchura y la longitud de los idus total 400 μm y 860, respectivamente. El margen de la fabricación de la punta (distancia entre la punta de la aguja hipodérmica y punto de inicio de los idus) de la aguja hipodérmica es tan pequeño como 680 μm, lo que indica que innecesariamente excesiva invasión en biotissues se puede evitar durante la medida de impedancia eléctrica. El EoN tiene un alto potencial para uso clínico, tales como biopsias de tiroides y la administración de fármacos de anestesia en un espacio intervertebral. Además, incluso en una cirugía que consiste en la resección parcial de tumores, la EoN puede ser empleado para conservar tejido normal tanto como sea posible mediante la detección del margen quirúrgico (tejido normal que se elimina con la extirpación de un tumor) entre la normal y tejidos de la lesión.
Introduction
Agujas hipodérmicas se utilizan ampliamente en los hospitales para las biopsias y el suministro de medicamentos porque son baratas y fácil de usar. También tienen excelentes propiedades mecánicas a pesar de su diámetro fino y una estructura afilada conveniente para la invasión. Durante una biopsia, los tejidos diana son muestreados en el hueco de la aguja hipodérmica con sonografía dirección1. Aunque la ultrasonografía está libre de radiación, segura para las mujeres embarazadas y fetos y proporciona imágenes en tiempo real, es difícil ver los órganos que son profundas dentro del cuerpo, especialmente en el caso de pacientes obesos, porque las ondas ultrasónicas no pueden penetrar el aire o tejido graso2. Además, un cirujano no puede adquirir información de la profundidad de la ecografía bidimensional que convencionalmente se utiliza en la mayoría de los hospitales, lo que resulta en la necesidad de biopsias múltiples si los médicos carecen de habilidad o experiencia. En la administración de fármacos para la anestesia espinal, los médicos determinan que la aguja alcanza el espacio espinal si el líquido cefalorraquídeo (LCR) fluye hacia atrás en la jeringa mientras cuidadosamente insertar la aguja en la espalda del paciente. Después de confirmar el reflujo de la CFS, la droga de la anestesia se inyecta en el espacio espinal3. Sin embargo, los médicos el riesgo de penetrar o cortando las fibras del nervio en el espacio espinal, causando dolor a los pacientes e incluso paraplejía4,5. Por lo tanto, este procedimiento también requiere a un médico hábil. Una solución para superar y mitigar las dificultades mencionadas es agregar una función de navegación a la aguja hipodérmica para que puede proporcionar información objetiva sobre la posición de la aguja. Esto ayudaría a un médico rápidamente realizar una biopsia, el suministro de medicamentos y hasta una cirugía sin depender de su juicio empírico solamente.
Para localizar eléctricamente los tejidos de destino en el cuerpo, una aguja hipodérmica incorporando una espectroscopia de impedancia eléctrica sensor (EIS) se ha introducido como EIS en aguja (EoN)6. El sensor de la EIS es utilizado actualmente en el campo de la ingeniería biomédica para aplicaciones tales como DNA detección7,8,9, bacterias, virus, detección de10,11,12 y análisis sobre las células/tejidos13,14,15,16,17,18,19,20 , 21 , 22. la EoN puede discriminar entre materiales disímiles en un dominio de la frecuencia según la conductividad eléctrica y permitividad. La capacidad de discriminación de la EoN fue verificada por varios niveles de concentración de tampón fosfato salino (PBS)23, grasa/músculo porcino tejidos6,23y tejidos incluso humana normal, cáncer renal24 ,25. Esta capacidad de la EoN se espera que aumente considerablemente la precisión de la biopsia ubicando los tejidos de destino basados en las diferencias en la impedancia eléctrica entre los tejidos diana de la lesión y los tejidos normales vecinos. De manera similar, investigar las diferencias en la impedancia eléctrica entre la inyección de drogas espacio (espacio espinal o epidural) y los tejidos circundantes pueden ayudar a los médicos a entregar un medicamento de anestesia en la ubicación de destino exacto. Además, la EoN puede ser utilizado para estimular eléctricamente el músculo cerebral, así como para determinar un margen quirúrgico óptimo durante cirugías que implican la resección parcial de un tumor, como la nefrectomía parcial, para preservar como tejido normal tanto como posible.
Uno de los mayores desafíos en la realización de la EoN es la fabricación de electrodos en la superficie curvada de una aguja hipodérmica con un pequeño radio de curvatura. Directa modelar metal mediante un proceso de fotolitografía convencional ha sido considerado como inadecuado para la fabricación de electrodos de tamaño micro sobre un sustrato de curvado con un diámetro de varios milímetros o menos. Hasta ahora, varios métodos, incluyendo conformal impresión26, flexible seco film photoresist27, el método de microfluidos28, litografía de nanoimpresión29y rotación de sustrato litografía30, han sido introducido para fabricar patrones de metal/polímero sobre una superficie curva. Sin embargo, todavía hay limitaciones debido a los requisitos de EoN, tales como el sustrato requerido con un diámetro de menos de 1 mm, longitud total del electrodo de 20 mm o más, ancho y separación de electrodos que van en decenas de micrómetros y producción de alto volumen.
En el presente estudio, se propone modelar metal directo empleando photoresist capa de aerosol y un photomask película flexible realizar tamaño micro electrodos en la superficie curvada de una aguja hipodérmica. El diámetro de la aguja es tan pequeño como 720 μm (calibre 22), que es ampliamente utilizado para las biopsias y el suministro de medicamentos en los hospitales. También se evalúa el rendimiento de producción del método de fabricación propuesto para determinar la factibilidad de la producción a granel a un precio asequible.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hemos demostrado eso Fotolitografía usando capa de aerosol y un photomask película es un método factible para fabricar IDEs fina en la superficie curvada de una aguja hipodérmica de menos de 1 mm de diámetro pequeño. La anchura y el espacio de los idus son tan bajas como 20 μm, y el margen de la fabricación de la punta es tan pequeño como 680 μm. Dentro del Protocolo, el proceso de alineación, incluyendo la eliminación del error de cuña, es un paso crítico. El rendimiento de la producción superó el 90% cu…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por el proyecto “Investigación biomédica de tecnología integrada” a través de una beca proporcionada por GIST en el 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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