Diese Arbeit wurde durch das "Biomedizinische Technik Verbundforschung" Projekt durch einen Zuschuss zur Verfügung gestellt von GIST im Jahr 2017 unterstützt.

(1) elektrische Isolierung der Injektionsnadel
Hinweis: Eine transparente Schrumpfschlauch (HST) ist für die elektrische Isolierung von einer Injektionsnadel eingesetzt, die 720 µm im Durchmesser und 32 mm in der Länge ist. Die HST setzt sich aus Polyethylenterephthalat (PET), welche zeigt gute chemische Beständigkeit gegen die meisten Säuren und Basen, ausgezeichnete mechanische Festigkeit und Biokompatibilität. Die anfänglichen inneren Durchmesser und Wandstärke von der HST sind 840 µm und 25 µm. Der Durchmesser der HST tendenziell um mehr als 50 % bei einer Temperatur von 100 ° C, mit noch größeren Reduktion bei höheren Temperaturen verringert werden bis zu 190 ° C. Beachten Sie, dass PET HST eine duroplastische Material, das die Eigenschaft immer dauerhaft hart und steif ist wenn geheilt hat. Die Größe der Injektionsnadel und Schrumpfschlauch kann je nach Zweck der Forschung und Anwendungen angepasst werden. Der gesamte Fertigungsprozess wird grafisch in Abbildung 1zusammengefasst.
<ol><li>Schneiden Sie die HST auf eine Länge von 3 cm. Stellen Sie die Länge des Rohres abhängig von der Eindringtiefe der Injektionsnadel.</li>
	<li>Legen Sie die Injektionsnadel in den Schnitt HST.</li>
	<li>Verkleinern Sie das Rohr mit einer Heißluftpistole bei einer Temperatur von 150 ° C, das festgelegt wird, um unerwünschte zusätzliche Kontraktion zu verhindern, wenn Dehydratisierung bei 105 ° C im Reinigungsprozess (in Schritt 1.6) durchgeführt wird.</li>
	<li>Trennen Sie die Injektionsnadel von ihrem Drehkreuz.</li>
	<li>Reinigen Sie die Injektionsnadel isoliert durch die HST deionisiertes (DI) Wasserbad (20 ° C) mit Agitation mit Ultraschall bei 30 kHz und 350 W Leistung.</li>
	<li>Entwässern Sie die Injektionsnadel durch die HST auf einer Herdplatte bei 105 ° C für 10 min isoliert.</li>
</ol>2. Au Ablagerung mit Sputtern
Hinweis: In dieser Studie Sputterprozess, die verfügbar ist dient zur Einzahlung einer Au Schicht für Elektroden, obwohl ein Elektronenstrahl-Verdampfung eine alternative Methode sein kann. Es wurde bestätigt, dass die Temperaturerhöhung induziert in der Sputterprozess selten zusätzliche Schrumpfung der HST verursacht. Allerdings könnte ein Prozess, der für mehr als ein paar Minuten weiter die HST oberhalb der ersten Schrumpfung Temperatur erhitzen. Dies kann weitere Schrumpfung des HST, führen, was zu einem Anstieg in der Fertigung-Marge von der Spitze.
<ol><li>Ordnen Sie die gereinigten Injektionsnadeln isoliert durch die HST nebeneinander auf einem Objektträger mit doppelseitigem Klebeband für Cr/Au Ablagerung.</li>
	<li>
Mit Sputter Ausrüstung, Cr/Au zahlen Sie auf den gereinigten hypodermatische Nadeln durch die HST isoliert ein. Hinweis: In diesem Fall waren die dicken von Cr und Au 10 nm und 100 nm, bzw. (Cr diente für die Adhäsion Schicht zwischen den HST und der Au-Schicht).<ol>
<li>Arrangieren Sie so viele Nadeln wie möglich, um Produktion Kosten und Produktion zu verkürzen. Der Sputter Nutzungsbedingungen unter Einzahlung 10 nm Cr und 100 nm Au.</li>
		<li>Für Cr-Sputtern, set Cr Ziel Durchmesser: 4 Zoll, HF-Leistung: 300 W, Argon-Druck: 5 mTorr und Shutter öffnen: 20 s (10 nm).</li>
		<li>Für Sputter-Au, Au Ziel Durchmesser zu verwenden: 4 Zoll, DC-Netzteil: 300 W, Argon-Druck: 10 mTorr und Shutter öffnen: 80 s (100 nm).</li>
	</ol>
</li>
</ol>(3) Spray Beschichtung
Hinweis: Ein dünnflüssiges (14 cp) Fotolack dient im Lackierprozess Spray, um Spray-Effizienz zu steigern. Der Fotolack kann leicht auf die Nadel Au gesputtert beschichtet werden, nur, wenn die Nadel erwärmt wird.
<ol><li>Beheben eines Au gesputtert Injektionsnadeln auf einem Objektträger mit doppelseitigem Klebeband.</li>
	<li>Legen Sie die Folie Glas auf ein Futter der Spray Coater, die bei 100 ° c erwärmt wird Warten Sie die Nadel ausreichend erhitzt wird 2 – 3 min..</li>
	<li>Sprühen Sie den Fotolack auf Au gesputtert Nadel während der Heizung der Nadel bei 100 ° C. Führen Sie den Spritzen Prozess mit den folgenden Bedingungen. Eingestellten Düsendurchmesser: 400 µm, Düse Bewegungsgeschwindigkeit: 70 mm/s, Spritzdruck: 500 kPa und Abstand zwischen Chuck und Düse: 13,5 cm.</li>
	<li>Nach Spritzen beendet ist, verlassen Sie die Objektträger auf dem Futter bei 100 ° C für 3 min um eine weiche Backen durchzuführen.</li>
	<li>Überprüfen Sie das Ergebnis mit einem Mikroskop-set, 100 X Vergrößerung um festzustellen, ob der Fotolack auf der Au gesputtert Nadel gleichmäßig beschichtet ist.</li>
</ol>4. UV-Exposition und Entwicklung
Hinweis: im Allgemeinen ist vor UV-Exposition, eine flexiblen Folie Fotomaske eine flache Sichtscheibe entfernen den Luftspalt zwischen der Fotomaske und der Probe UV-Licht ausgesetzt werden beigefügt. Jedoch wird in dieser Studie der Fotomaske ohne flache Sichtscheibe zur direkten Metall-Strukturierung auf der gekrümmten Oberfläche der Injektionsnadel zu realisieren. Die Fotomaske kann gebogen erklaerte entlang der Kurve der Injektionsnadel, die beste Auflösung machbar mit den Kontakt-Aligner-Strukturierung zu erreichen. Die Biegung ermöglicht die flexible Photomaske, die Kontaktfläche zwischen der Fotomaske und der gekrümmten Oberfläche der Injektionsnadel so groß wie möglich zu halten. Unter einem nassen Ätzverfahren (kein Lift-off-Prozess) für Metall Musterung zu berücksichtigen, ist die Verwendung von einem positiven Photoresist vorteilhafter als die Verwendung von einer negativen Fotolack. Und zwar deshalb, weil das gesamte Gebiet mit Ausnahme der Muster transparent ist, wodurch ein weites Sichtfeld um das Muster mit der Mitte der Nadel leicht auszurichten.
<ol><li>
Zur Minimierung von Keil Fehler heben Sie langsam eine frei bewegliche Stichprobe Halteblech, bis es vollständig das feste Fotomaske Halteblech Kontakte. Befestigen Sie die Stichprobe Halteblech mit einem pneumatischen Pumpe.
	<ol>
<li>Führen Sie diesen Vorgang, um möglicherweise zu vermeiden unerwünschte Muster, gebildet durch die Streuung von UV-Licht im Luftspalt und durch die unvollständige Kontakt zwischen der Probe und der Fotomaske verursacht werden können. Hinweis: Darüber hinaus gewährleistet die Minimierung der Keil Fehler, dass die Injektionsnadel Fotolack beschichtete nicht bewegt wenn es Kontakt mit eine Film-Fotomaske Ausrichtung als nächstes, obwohl die Kontaktfläche der Injektionsnadel eine Runde Form hat.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Die Stichprobe Halteblech der Aligner Fotolack beschichtete Injektionsnadel aufsetzen.</li>
	<li>
Richten Sie das projizierte Bild der Fotolack beschichtete Injektionsnadel mit das Ausrichtungsmuster Film Fotomaske. Hinweis: In diesem Fall wurde das Ausrichtungsmuster Film Fotomaske als zwei parallele Linien in einer Entfernung von 800 µm, unter Berücksichtigung der Dicke des HST und beschichtete Fotolack entwickelt.<ol>
<li>Richten Sie zwei Grenzlinien des projizierten Bildes mit zwei parallele Ausrichtung der Fotomaske (Abbildung 1e); Somit kann der Fotolack beschichtete hypodermatische Nadel in der Mitte von zwei parallele Ausrichtung Zeilen ein Ausrichtungsfehler von 10 µm oder weniger positioniert werden.</li>
		<li>Überwachen den Alignment-Prozess in Echtzeit über dem Monitor angeschlossen – Coupled Ladegerät (CCD) Kamera und Mikroskop.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Bringen Sie den Fotolack beschichtete Injektionsnadel in Kontakt mit den festen flexible Fotomaske durch die Nadel in Richtung der Fotomaske langsam anheben.</li>
	<li>Führen Sie UV-Exposition für 30 s (UV-Intensität: 15 mJ/cm2) und folgen Sie dieser durch den Entwicklungsprozess für 3 min.</li>
	<li>Spülen Sie die Entwickler aus der Probe mit VE-Wasser.</li>
	<li>Überprüfen Sie das Ergebnis durch ein Mikroskop auf 200 X Vergrößerung festlegen, um festzustellen, ob der Fotolack eindeutig auf der Au gesputtert Injektionsnadel gemustert ist. Wenn die ausgesetzten Photoresist nicht perfekt nach dem Entwicklungsprozess entfernt wird, wiederholen Sie den Entwicklungsprozess in Intervallen von 30 s.</li>
</ol>(5) Cr/Au nass Radierung
Achtung: Vermeiden Sie Haut/Augen Kontakt mit der Cr und Au nassen Ätzmittel.
<ol><li>Benutzen Sie eine Pinzette, um die Probe (Fotolack-gemusterten Injektionsnadel) fest auf den Objektträger zu lösen.</li>
	<li>Tauchen Sie die Probe in der Au nassen Ätzmittel für 1 min.</li>
	<li>Spülen Sie die Au-Ätzmittel aus der Probe mit VE-Wasser.</li>
	<li>Überprüfen Sie das Ergebnis durch ein Mikroskop-set, 200 X Vergrößerung. Wenn das Gold sein noch Reste entfernt, wiederholen Sie den nassen Ätzverfahren in Intervallen von 10 s. Überlange Nassätzen Zeit macht die Elektrode (IDE) dünner.</li>
	<li>Tauchen Sie die Probe in der Cr-Ätzmittel für 30 s.</li>
	<li>Spülen Sie die Cr-Ätzmittel aus der Probe mit VE-Wasser.</li>
</ol>6. Beseitigung der restliche Fotolack und Passivierung
<ol><li>Die Probe (Metall-gemusterten Injektionsnadel) in einer Aceton-Lösung für 1 min eintauchen.</li>
	<li>Die Probe mit VE-Wasser spülen und auf einer heißen Platte bei 105 ° C für 10 min zu entwässern.</li>
	<li>Für elektrische Passivierung der Anschlussleitungen, den Schrumpfschlauch schneiden, so dass es ca. 2-3 mm länger als die Elektrode (20 mm, die maximale Tiefe eindringen) ist wie in Abbildung 2gezeigt, da die Länge der HST reduziert wird, nachdem die HST schrumpft.</li>
	<li>Erhöhen Sie nach der Positionierung der HST so weit wie möglich vom Ende der IDE die Temperatur von der HST mit einer Heißluftpistole bei 150 ° C, die Nadel fest passiviert.</li>
</ol>

<ol>
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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Wir bewiesen, dass Photolithographie mit Spritzen und einer Fotomaske Film ist ein gangbarer Weg, feine IDEs auf der gekrümmten Oberfläche einer Injektionsnadel mit kleinem Durchmesser von weniger als 1 mm zu fabrizieren. Die Breite und den Abstand von den Iden sind so niedrig wie 20 µm und die Fertigung Marge von der Spitze ist so klein wie 680 µm. Im Rahmen des Protokolls ist der Alignment-Prozess, z. B. Keil Fehler entfernen, ein entscheidender Schritt. Die Produktionsausbeute lag über 90 Prozent, wenn die EoN in...

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 Paraplegie4,5. 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-Detektion7,8,9, Bakterien/Viren Erkennung10,11,12 genutzt. , und Analyse am Gewebe bzw. Zellen13,14,15,16,17,18,19,20 , 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 Gewebe6,23und sogar menschliche Normal/Nierenkrebs Gewebe24 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.

<table><tbody><tr><td>Heat shrink tube</td><td>VENTION MEDICAL, Inc.</td><td>103-0655</td><td></td></tr><tr><td>Hypodermic needle (22G)</td><td>HWAJIN MEDICAL co. ltd</td><td>-</td><td>http://www.hwajinmedical.com</td></tr><tr><td>Heat gun</td><td>Weller</td><td>WHA600</td><td>http://www.weller-tools.com/en/Home.html</td></tr><tr><td>Ultrasonic cleaner</td><td>HWASHIN INSTRUMENT CO, LTD.</td><td>POWERSONIC 620-</td><td>http://www.hwashin.net</td></tr><tr><td>Hotplate</td><td>AS ONE Corporation</td><td>006560</td><td></td></tr><tr><td>Sputtering</td><td>A-Tech System. Ltd.</td><td>ATS/SPT/0208F</td><td>http://www.atechsystem.co.kr</td></tr><tr><td>Glass slide</td><td>Paul Marienfeld GmbH &amp;amp; Co. KG</td><td>1000412</td><td></td></tr><tr><td>Spray coater</td><td>LITHOTEK</td><td>LSC-200</td><td></td></tr><tr><td>Photoresist</td><td>AZ electronic materials</td><td>GXR 601</td><td>http://www.merck-performance-materials.com/en/index.html</td></tr><tr><td>Developer (solution)</td><td>AZ electronic materials</td><td>MIF 300</td><td>http://www.merck-performance-materials.com/en/index.html</td></tr><tr><td>Aligner</td><td>MIDAS SYSTEM CO.,Ltd.</td><td>MDA-400M</td><td>http://www.midas-system.com</td></tr><tr><td>Microscope</td><td>NIKON Corporation</td><td>L200</td><td>http://www.nikonmetrology.com</td></tr><tr><td>Au wet etchant</td><td>TRANSENE COMPANY, Inc.</td><td>Au etchant type TFA</td><td>http://transene.com</td></tr><tr><td>Cr wet etchant</td><td>KMG Electronic. Chemicals, Inc.</td><td>CR-7</td><td>http://kmgchemicals.com</td></tr><tr><td>Au target</td><td>Thin films and Fine Materials</td><td>-</td><td>http://www.thifine.co.kr</td></tr><tr><td>Cr target</td><td>Thin films and Fine Materials</td><td>-</td><td>http://www.thifine.co.kr</td></tr><tr><td>Argon gas (99.999%)</td><td>SINIL Gas Co.Ltd</td><td>-</td><td>http://www.sigas.kr</td></tr><tr><td>Acetone solution</td><td>OCI Company Ltd</td><td>-</td><td>http://www.ocicorp.co.kr/company/index.asp</td></tr><tr><td>Impedance analyzer</td><td>Gamry Instruments Inc</td><td>Reference 600</td><td>https://www.gamry.com</td></tr><tr><td>Height Controller</td><td>Mitutoyo Corporation</td><td>192-613</td><td></td></tr><tr><td>Phosphate buffered saline</td><td>Life Technologies Corporation</td><td>10010023</td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication of fine electrodes on the tip of hypodermic needle using photoresist spray coating and flexible photomask for biomedical applications

Haben wir eingeführt, ein Herstellungsverfahren für elektrische Impedanz Spektroskopie (EIS) - auf - ein-Nadel (EoN: EIS-am-Nadel), Zielgeweben im Körper zu finden, durch die Messung und Analyse der Unterschiede in der elektrischen Impedanz zwischen ungleichen Biotissues. Dieses Papier beschreibt die Herstellung feiner die Elektroden (IDEs) an der Spitze einer Injektionsnadel mit Fotolack Spray Beschichtung und Weichfolie Fotomaske Photolithographie dabei. Ein Polyethylen Polyethylenterephthalat (PET) Schrumpfschlauch (HST) mit einer Wandstärke von 25 µm wird als die Isolierung und Passivierung Schicht eingesetzt. Die PET-HST zeigt eine höhere mechanische Festigkeit im Vergleich zu poly(p-xylylene) Polymere, die als Dielektrikum Beschichtungsmaterial verbreitet. Darüber hinaus zeigt die HST gute chemische Beständigkeit gegen die meisten Säuren und Basen, was vorteilhaft für die Begrenzung der chemische Schäden an die EoN ist. Die Verwendung von der EoN ist besonders bevorzugt für die Charakterisierung von Chemikalien/Biomaterialien oder Herstellung, die Verwendung von sauren/Basic Chemikalien. Die fabrizierten Lücke und Breite der IDES sind so klein wie 20 µm und die allgemeine Breite und Länge der IDES sind 400 µm und 860 µm. Die Herstellung Marge von der Spitze der Injektionsnadel (Abstand zwischen der Spitze der Injektionsnadel und Ausgangspunkt der IDES) ist so klein wie 680 µm, was darauf hindeutet, dass unnötig übermäßige Eindringen in Biotissues vermieden werden, während die elektrische Impedanz-Messung. Die EoN hat ein hohes Potenzial für die klinische Anwendung, wie z. B. für Schilddrüse Biopsien und Anästhesie-Drug-Delivery in einem spinalen Raum. Weiter, auch in der Chirurgie, die beinhaltet die partielle Resektion von Tumoren, die EoN kann eingesetzt werden, um zu bewahren als viel normales Gewebe wie möglich durch den Nachweis der chirurgischen Marge (normales Gewebe, das mit der chirurgische Exzision eines Tumors entfernt wird) zwischen der normalen und Läsion Gewebe.

Die Elektroden (IDEs), wie in Abbildung 2gezeigt, führen zu einer größeren Sensor Nutzfläche auf einer begrenzten Fläche im Vergleich zu anderen Formen der Elektroden. Die Gesamtlänge der IDEs soll 860 µm zu erkennen und analysieren die Impedanz-Änderungen bei weniger als 1 mm Abständen in die Biotissues, die eine hohe Genauigkeit der Ortung in Biopsie und Drug Delivery Verfahren zur Verfügung stellt. Die Gesamtbreite der IDEs ist 400 µm, was eine ...

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Fabrication of Fine Electrodes on the Tip of Hypodermic Needle Using Photoresist Spray Coating and Flexible Photomask for Biomedical Applications

Die Herstellungsverfahren für feine die Elektroden (Lücke und Breite: 20 µm) an der Spitze einer Injektionsnadel (Durchmesser: 720 µm) zeigt sich mit einem Spray Beschichtung und Weichfolie Fotomaske Photolithographie dabei.

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

We have introduced a fabrication method for electrical impedance spectroscopy (EIS)-on-a-needle (EoN: EIS-on-a-needle) to locate target tissues in the ...

fabrication-fine-electrodes-on-tip-hypodermic-needle-using

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Neuroscience

9.5K Aufrufe.  Gwangju Institute of Science and Technology (GIST). Die Herstellungsverfahren für feine die Elektroden (Lücke und Breite: 20 µm) an der Spitze einer Injektionsnadel (Durchmesser: 720 µm) zeigt sich mit einem Spray Beschichtung und Weichfolie Fotomaske Photolithographie dabei.

Serie: Fabrication of Fine Electrodes on the Tip of Hypodermic Needle Using Photoresist Spray Coating and Flexible Photomask for Biomedical Applications

Hollow Microneedle-based Sensor for Multiplexed Transdermal Electrochemical Sensing

The development of a minimally invasive multiplexed monitoring system for rapid analysis of biologically-relevant molecules could offer individuals suffering from chronic medical conditions facile assessment of their immediate physiological state. Furthermore, it could serve as a research tool for analysis of complex, multifactorial medical conditions. In order for such a multianalyte sensor to be realized, it must be minimally invasive, sampling of interstitial fluid must occur without pain or harm to the user, and analysis must be rapid as well as selective.
Initially developed for pain-free drug delivery, microneedles have been used to deliver vaccines and pharmacologic agents (e.g., insulin) through the skin.1-2 Since these devices access the interstitial space, microneedles that are integrated with microelectrodes can be used as transdermal electrochemical sensors. Selective detection of glucose, glutamate, lactate, hydrogen peroxide, and ascorbic acid has been demonstrated using integrated microneedle-electrode devices with carbon fibers, modified carbon pastes, and platinum-coated polymer microneedles serving as transducing elements.3-7,8
This microneedle sensor technology has enabled a novel and sophisticated analytical approach for in situ and simultaneous detection of multiple analytes. Multiplexing offers the possibility of monitoring complex microenvironments, which are otherwise difficult to characterize in a rapid and minimally invasive manner. For example, this technology could be utilized for simultaneous monitoring of extracellular levels of, glucose, lactate and pH,9 which are important metabolic indicators of disease states7,10-14 (e.g., cancer proliferation) and exercise-induced acidosis.15

This article details the construction of a multiplexed microneedle-based sensor. The device is being developed for in situ sampling and electrochemical analysis of multiple analytes in a rapid and selective manner. We envision clinical medicine and biomedical research uses for these microneedle-based sensors.

Hohle Mikronadel-basierten Sensor für Multiplex Transdermale elektrochemische Nachweis

The development of a minimally invasive multiplexed monitoring system for rapid analysis of biologically-relevant molecules could offer individuals ...

Forschung

Biotechnik

AC Electrokinetic Phenomena Generated by Microelectrode Structures

The field of AC electrokinetics is rapidly growing due to its ability to perform dynamic fluid and particle manipulation on the micro- and nano-scale, which is essential for Lab-on-a-Chip applications. AC electrokinetic phenomena use electric fields to generate forces that act on fluids or suspended particles (including those made of dielectric or biological material) and cause them to move in astonishing ways1, 2. Within a single channel, AC electrokinetics can accomplish many essential on-chip operations such as active micro-mixing, particle separation, particle positioning and micro-pattering. A single device may accomplish several of those operations by simply adjusting operating parameters such as frequency or amplitude of the applied voltage. Suitable electric fields can be readily created by micro-electrodes integrated into microchannels. It is clear from the tremendous growth in this field that AC electrokinetics will likely have a profound effect on healthcare diagnostics3-5, environmental monitoring6 and homeland security7.

In general, there are three AC Electrokinetic phenomena (AC electroosmosis, dielectrophoresis and AC electrothermal effect) each with unique dependencies on the operating parameters. A change in these operating parameters can cause one phenomena to become dominant over another, thus changing the particle or fluid behavior. 

It is difficult to predict the behavior of particles and fluids due to the complicated physics that underlie AC electrokinetics. It is the goal of this publication to explain the physics and elucidate particle and fluid behavior. Our analysis also covers how to fabricate the electrode structures that generate them, and how to interpret a wide number of experimental observations using several popular device designs. This video article will help scientists and engineers understand these phenomena and may encourage them to start using AC Electrokinetics in their research.

Manipulating fluids and suspended particles in the micro- and nano-scale is becoming more of a reality as enabling technologies, like AC electrokinetics, continue to develop. Here, we discuss the physics behind AC electrokinetics, how to fabricate these devices and how to interpret the experimental observations.

AC elektrokinetischen Phänomenen von Mikroelektroden-Strukturen erzeugt

The field of AC electrokinetics is rapidly growing due to its ability to perform dynamic fluid and particle manipulation on the micro- and nano-scale, ...

Biologie

Scalable Solution-processed Fabrication Strategy for High-performance, Flexible, Transparent Electrodes with Embedded Metal Mesh

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a polymer film. This paper also presents a low-cost, vacuum-free fabrication method for this novel TE; the approach combines lithography, electroplating, and imprint transfer (LEIT) processing. The embedded nature of the EMTEs offers many advantages, such as high surface smoothness, which is essential for organic electronic device production; superior mechanical stability during bending; favorable resistance to chemicals and moisture; and strong adhesion with plastic film. LEIT fabrication features an electroplating process for vacuum-free metal deposition and is favorable for industrial mass production. Furthermore, LEIT allows for the fabrication of metal mesh with a high aspect ratio (i.e., thickness to linewidth), significantly enhancing its electrical conductance without adversely losing optical transmittance. We demonstrate several prototypes of flexible EMTEs, with sheet resistances lower than 1 &#937;/sq and transmittances greater than 90%, resulting in very high figures of merit (FoM) &#8211; up to 1.5 x 104 &#8211; which are amongst the best values in the published literature.

This protocol describes a solution-based fabrication strategy for high-performance, flexible, transparent electrodes with fully-embedded, thick metal mesh. Flexible transparent electrodes fabricated by this process demonstrate among the highest reported performances, including ultra-low sheet resistance, high optical transmittance, mechanical stability under bending, strong substrate adhesion, surface smoothness, and environmental stability.

Skalierbare, lösungsverarbeitete Fertigungsstrategie für leistungsstarke, flexible, transparente Elektroden mit eingebettetem Metallgewebe

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a ...

Ingenieurwesen

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of nanowires. DEP is used for nanowire analysis, characterization, and for solution-based fabrication of semiconducting devices. The method works by applying an alternating electric field between metallic electrodes. The nanowire formulation is then dropped onto the electrodes which are on an inclined surface to create a flow of the formulation using gravity. The nanowires then align along the gradient of the electric field and in the direction of the liquid flow. The frequency of the field can be adjusted to select nanowires with superior conductivity and lower trap density. 
In this work, flow-assisted DEP is used to create nanowire field effect transistors. Flow-assisted DEP has several advantages: it allows selection of nanowire electrical properties; control of nanowire length; placement of nanowires in specific areas; control of orientation of nanowires; and control of nanowire density in the device. 
The technique can be expanded to many other applications such as gas sensors and microwave switches. The technique is efficient, quick, reproducible, and it uses a minimal amount of dilute solution making it ideal for the testing of novel nanomaterials. Wafer scale assembly of nanowire devices can also be achieved using this technique, allowing large numbers of samples for testing and large-area electronic applications.

In this paper, flow assisted dielectrophoresis is demonstrated for the self-assembly of nanowire devices. The fabrication of a silicon nanowire field effect transistor is shown as an example.

Flow-gestützte Dielektrophorese: Eine kostengünstige Methode für die Herstellung von Hochleistungs-Lösung-verarbeitbare Nanodraht-Geräte

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...

Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a photomask consisting of embedded micro-lenses. Embedded micro-lenses were found to influence MN geometry (sharpness). Robust MN arrays with tip diameters ranging between 41.5 &#181;m &#177; 8.4 &#181;m and 71.6 &#181;m &#177; 13.7 &#181;m, with two different lengths (1,336 &#181;m &#177; 193 &#181;m and 957 &#181;m &#177; 171 &#181;m) were fabricated. These MN arrays may provide potential applications in delivery of low molecular and macromolecular therapeutic agents through skin.

Here, we present a protocol describing a mold-free fabrication process of the polymeric microneedles by photolithography.

Polymeren Mikronadelanordnung Fabrication durch Photolithographie

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a ...

Hybrid Printing for the Fabrication of Smart Sensors

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, three substrates (acrylate, ceramics, and copper) are prepared. To determine the resulting material properties of these substrates, profilometer, contact angle, scanning electron microscope (SEM), and focused ion beam (FIB) measurements are done. The achievable printing resolution and suitable drop volume for each substrate are, then, found through the drop size tests. Then, layers of insulating and conductive ink are inkjet printed alternately to fabricate the target sensor structures. After each printing step, the respective layers are individually treated by photonic curing. The parameters used for the curing of each layer are adapted depending on the printed ink, as well as on the surface properties of the respective substrate. To confirm the resulting conductivity and to determine the quality of the printed surface, four-point probe and profilometer measurements are done. Finally, a measurement set-up and results achieved by such an all-printed sensor system are shown to demonstrate the achievable quality.

Here we present a protocol for the fabrication of inkjet-printed multilayer sensor structures on additively manufactured substrates and foil.

Hybrid für die Herstellung von intelligenten Sensoren drucken

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, ...

Flexible Organic Electronic Devices for Pulsed Electric Field Therapy of Glioblastoma

Glioblastoma is difficult to eradicate with standard oncology therapies due to its high degree of invasiveness. Bioelectric treatments based on pulsed electric fields (PEFs) are promising for the improvement of treatment efficiency. However, they rely on rigid electrodes that cause acute and chronic damage, especially in soft tissues such as the brain. In this work, flexible electronics were used to deliver PEFs to tumors and the biological response was evaluated with fluorescent microscopy. Interdigitated gold electrodes on a thin, transparent parylene-C substrate were coated with the conducting polymer PEDOT:PSS, resulting in a conformable and biocompatible device. The effects of PEFs on tumors and their microenvironment were examined using various biological models. First, monolayers of glioblastoma cells were cultured on top of the electrodes to investigate phenomena in vitro. As an intermediate step, an in ovo model was developed where engineered tumor spheroids were grafted in the embryonic membrane of a quail. Due to the absence of an immune system, this led to highly vascularized tumors. At this early stage of development, embryos have no immune system, and tumors are not recognized as foreign bodies. Thus, they can develop fast while developing their own vessels from the existing embryo vascular system, which represents a valuable 3D cancer model. Finally, flexible electrode delivery of PEFs was evaluated in a complete organism with a functional immune system, using a syngenic, orthograft (intracranial) mouse model. Tumor spheroids were grafted into the brain of transgenic multi-fluorescent mice prior to the implantation of flexible organic electrode devices. A sealed cranial window enabled multiphoton imaging of the tumor and its microenvironment during treatment with PEFs over a period of several weeks.

This work describes the development of flexible interdigitated electrodes for implementation in 3D brain tumor models, namely, in vitro culture, in ovo model, and in vivo murine model. The proposed method can be used to evaluate the effects of pulsed electric fields on tumors at different levels of complexity.

Flexible organische elektronische Bauelemente für die gepulste elektrische Feldtherapie des Glioblastoms

Glioblastoma is difficult to eradicate with standard oncology therapies due to its high degree of invasiveness. Bioelectric treatments based on pulsed ...

Krebsforschung

Mikrofluidische kanalbasierte weiche Elektroden für die kapazitive Druckmessung

Microfluidic Channel-Based Soft Electrodes and Their Application in Capacitive Pressure Sensing

Flexible and stretchable electrodes are essential components in soft artificial sensory systems. Despite recent advances in flexible electronics, most electrodes are either restricted by the patterning resolution or the capability of inkjet printing with high-viscosity super-elastic materials. In this paper, we present a simple strategy to fabricate microchannel-based stretchable composite electrodes, which can be achieved by scraping elastic conductive polymer composites (ECPCs) into lithographically embossed microfluidic channels. The ECPCs were prepared by a volatile solvent evaporation method, which achieves a uniform dispersion of carbon nanotubes (CNTs) in a polydimethylsiloxane (PDMS) matrix. Compared to conventional fabrication methods, the proposed technique can facilitate the rapid fabrication of well-defined stretchable electrodes with high-viscosity slurry. Since the electrodes in this work were made up of all-elastomeric materials, strong interlinks can be formed between the ECPCs-based electrodes and the PDMS-based substrate at the interfaces of the microchannel walls, which allows the electrodes to exhibit mechanical robustness under high tensile strains. In addition, the mechanical-electric response of the electrodes was also systematically studied. Finally, a soft pressure sensor was developed by combining a dielectric silicone foam and an interdigitated electrodes (IDE) layer, and this demonstrated great potential for pressure sensors in soft robotic tactile sensing applications.

Autor im Fokus: Mikrofluidische kanalbasierte weiche Elektroden und ihre Anwendung in der kapazitiven Druckmessung  

Flexible electrodes have a wide range of applications in soft robotics and wearable electronics. The present protocol demonstrates a new strategy to fabricate highly stretchable electrodes with high resolution via lithographically defined microfluidic channels, which paves the way for future high-performance soft pressure sensors.

Mikrofluidische kanalbasierte Weichelektroden und ihre Anwendung in der kapazitiven Druckmessung

Flexible and stretchable electrodes are essential components in soft artificial sensory systems. Despite recent advances in flexible electronics, most ...

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

Zusammenfassung

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Hohle Mikronadel-basierten Sensor für Multiplex Transdermale elektrochemische Nachweis

AC elektrokinetischen Phänomenen von Mikroelektroden-Strukturen erzeugt

Skalierbare, lösungsverarbeitete Fertigungsstrategie für leistungsstarke, flexible, transparente Elektroden mit eingebettetem Metallgewebe

Flow-gestützte Dielektrophorese: Eine kostengünstige Methode für die Herstellung von Hochleistungs-Lösung-verarbeitbare Nanodraht-Geräte

Polymeren Mikronadelanordnung Fabrication durch Photolithographie

Hybrid für die Herstellung von intelligenten Sensoren drucken

Flexible organische elektronische Bauelemente für die gepulste elektrische Feldtherapie des Glioblastoms

Mikrofluidische kanalbasierte Weichelektroden und ihre Anwendung in der kapazitiven Druckmessung

Mikrofluidische kanalbasierte Weichelektroden und ihre Anwendung in der kapazitiven Druckmessung

Mikrofluidische kanalbasierte Weichelektroden und ihre Anwendung in der kapazitiven Druckmessung