この作品は、工学系研究科、バージニアコモンウェルス大学および電子デバイスのいくつかのライトバージニアマイクロエレクト​​ロニクスセンターでの微細加工施設で調製したからスタートアップ資金によってサポートされていました。私たちは、掲載された記事10から取得した（本論文では図3と図5）、デバイスおよび臨床データのために貢献をした研究者を認めます。 W.-HYカスタムメイド、データ記録ソフトウェアに感謝義明服部。

図1に示す装置の製造、皮膚の積層、および特性評価のための実験、2、および4は、2つのボランティア、バージニア・コモンウェルス大学（VCU）、リッチモンド、バージニア州、米国でバイオインターフェースナノ工学研究室で行われるすべてを含みました。この研究は、VCU治験審査委員会によって承認された（プロトコル番号：HM20001454）とVCUヒューマン研究から研究のガイドラインに従いました。治験審査委員会、ノースウェスタン大学、イリノイ州シカゴ、米国で承認さ：（STU69718数） 図3と図5に示す装置および臨床データは、患者の実験はプロトコルの下で行われた発表された論文10から取得しました。 1.デバイスの製造 メモ ：図2は、全体的な製造プロセスのための概略図を示しています。 <ol><li>キャリア基板を準備します<ol><li>ダイヤモンドブレードを使用して電子機器の所望の大きさに裸のシリコン3（Si）のウェハをカット。 注：約半数Siウエハは、創傷デバイスのための理想的なサイズを提供します。 </li><li>アセトン、イソプロピルアルコール（IPA）を用いてSiウエハを脱脂。脱イオン（DI）水を用いてウェハを洗浄し、窒素で乾燥した後、3分間110℃のホットプレート上で脱水。 </li><li> 10を有するポリジメチルシロキサン（PDMS）混合物11gの調製：1体積基準の比、および硬化剤を、1時間の真空チャンバー内で混合物を脱気。 注：PDMSが乾燥パターン検索に使用され、湿式化学（アセトン）以前の研究から7ベースのアプローチよりも好ましい微細加工、後に印刷を転送しています。 </li><li>スピンコート5 1分間3000 rpmでウェハ上の混合PDMS液のグラム完全30分間150℃のホットプレート上で硬化します。 </li></ol></li><li>預金材料とパターンエレクトロニクス<ol><li> PDMS-Cトリート紫外線（UV）とoatedウエハ表面を親水性にするために3分間UVランプ（8.9ミリワット/ cm 2で）を用いて /オゾン。 注：親水性表面は、PDMS上の追加の層の均一なコーティングを提供しています。 </li><li>スピンコートポリイミド（PI; 2 ml）で5分間、150℃のホットプレート上に1.2ミクロン厚の層、プリベークを形成するために1分間、4,000rpmで、ピペッティングにより、ウエハコーティングPDMS、および後に2時間250℃で焼きます。 </li><li>預金のクロム（Cr）を20nmの厚さの層を形成した後、電子ビーム（eビーム）蒸着法を用いて、3μmの厚さの層を形成するために銅（Cu）を堆積させる（ベース圧力：約1×10 -7トル、成膜圧力：〜1×10 -6トル、蒸着速度：1 - 5 A / S）。蒸発器内に埋め込まれた堆積コントローラインタフェースによって膜厚を監視します。 注：銅の厚い層は、デバイスと薄いCr層のマイクロスケールの抵抗に電気伝導性の十分なレベルを提供PIとCuとの間の接着を促進するために使用されます。 </li><li>次に、スピンコート10秒間、60秒間1100 rpmで、20秒間4,000rpmで900 rpmで3ステップで、フォトレジスト（2 ml）を、30分間75℃でホットプレート上で硬化します。 注：上述の一連の工程は、厚い（&gt;10μm）を、フォトレジストを堆積させるために使用されました。 </li><li>紫外線露光装置を用いて、Siウエハの中央部（10ミリワット/​​秒パワー）でのCu電子パターン（幅50ミクロンと蛇行オープンメッシュ設計;幅や配線35ミクロンとフラクタル「ペアノ」設計のセンサー）を合わせます露光時間25秒で。 注：フラクタル構造は単に蛇行機能14と比較して、優れた機械的伸縮性を提供するために使用されます。 </li><li> 、分：（開発者およびDI水の2比1）DI水ですすぎ、窒素で乾燥した希釈された塩基現像にフォトレジストを開発。マイクロを使用してパターン（銅フラクタルおよび相互接続）を点検特徴サイズを確認し、微粒子から任意の欠陥を見つけるためのスコープ。 注：不要な欠陥がある場合、アセトン/ IPA / DI水ですすぐことによりフォトレジストを除去。窒素で乾燥させた後、1.2.4から1.2.6へのステップを繰り返します。 </li><li> 〜6分間湿式化学エッチング液に浸漬することにより、Siウエハ上にCu層をエッチング（10 mlで1の割合で過硫酸アンモニウムおよび水の混合物：4; 40°Cで8ナノメートル/秒のエッチング速度）、すすぎDI水で、そして窒素で乾燥しました。任意のオーバーエッチングパターンを顕微鏡を用いてパターンを検査します。 注：パターンがオーバーエッチングされている場合、それは、デバイスの取り扱い及び洗浄工程の間に機械的な破壊につながる機能の不要な鋭いエッジを引き起こす可能性があります。試験前の結果は、オーバーエッチングのオリジナルパターンの以上〜20％は、上記の問題を引き起こしたことを示しました。 </li><li> 300ミリトール、電力：200 W、CF 4ガス：5秒、圧力;反応性イオンエッチング（RIEでCr層をエッチングしますCCM、O 2ガス：5分間10 SCCM）。パターンを検査します。 注：Cr層のエッチングには、RIEプロセスは、Cu層との好ましくない反応を起こす化学エッチングを濡らすことが好ましいです。 </li><li>それぞれ、アセトンウエハ（10 ml）を、IPA（10 ml）に溶解し、脱イオン水（20ml）に浸漬することにより金属層上に残ったフォトレジストを除去します。その後、窒素でそれを乾燥させます。 </li><li>金属堆積ウエハ上のスピンコートPI（2ml）を、ピペッティングにより、1分間4000rpmで1.2ミクロンの厚さの層、プリベーク5分間150℃でホットプレート上で、ポストベーク時を形成します2時間250℃です。 </li><li>次に、スピンコート10秒間、60秒間1100 rpmで、20秒間4,000rpmで900 rpmで3ステップで、フォトレジスト（2 ml）を、30分間75℃でホットプレート上で硬化します。 </li><li>銅エレクトロニクス（センサーをカプセル化するために、PIのパターンの位置を合わせ、幅および相互接続で35ミクロンとフラクタル「ペアノ「デザイン; 250と蛇行オープンメッシュデザイン露光時間で25秒を10ミリワット/​​秒）UV露光装置（電源を使用して、事前に定義されたCuフラクタルと配線と幅ミクロン）。 </li><li> 、分：（開発者およびDI水の2比1）DI水ですすぎ、窒素で乾燥した希釈現像液を用いてフォトレジストを開発。特徴サイズを確認し、微粒子から任意の欠陥を見つけるために、顕微鏡を用いてパターンを検査します。 注：不要な欠陥がある場合、アセトン/ IPA / DI水ですすぐことによりフォトレジストを除去。窒素で乾燥させた後、1.2.10から1.2.13までの手順を繰り返します。 </li><li> 25分間のRIE（20 SCCM：170ミリトール、電力：150 W、O 2ガスの圧力）とPI層をエッチング。パターンを検査します。 </li><li>それぞれアセトンにウェハを浸漬することにより残ったフォトレジストを除去（10 ml）を、IPA（10 ml）に溶解し、脱イオン水（20mL）。その後、窒素でそれを乾燥させます。 </li></ol></li><li>エラストマー膜を準備<ol><li>シリコーン混合物（1をカプセル化の10グラムを準備します。1体積ベースと硬化剤の比）は、赤外線カメラを使用して皮膚の温度変化の制御の測定を容易にすることである一対一の体積比とブラックインク15を追加します 。 注：利用シリコーン（クリア封入ゴム）は、低粘度、光学的透明性、および装置 16に電気的絶縁/保護のユニークな特徴を提供します。 </li><li> O / N RTで​​厚さ500μmのエラストマー膜および硬化を形成するために1分間150回転でシャーレ中の混合物をスピンコート8グラム。 注：材料は、均一な厚さのために平らな表面上に配置される必要があります。 </li><li>鋭利なカミソリの刃を使用して、X 30ミリメートル70ミリメートルの所望のサイズに膜を切り、静かにペトリ皿からそれを取り外します。 </li></ol></li><li>取得し、電子機器を転送<ol><li>水溶性テープ（25ミリメートル×80 mm）をカットし、作製した電子パターン上に積層緩やかに130℃のホットプレートの上に置きます3分間。 注：温度上昇は、表面からの電子パターンの解離を助けるために、Siウエハ上にPDMS層を拡張します。 </li><li>電子パターンを取得するために、PDMS / Siウェハから急激にテープを外します。 </li><li>電子ビーム蒸着によって検索パターンに50nm厚の二酸化ケイ素（SiO 2）、続いて（接着用）厚さ20nmのCrを堆積させます。 </li><li>表面を活性化するために2分間の対象シリコーン膜上にUVランプ（365nmで、8.9ミリワット/ cm 2）を使用して、UV /オゾンを扱います。 </li><li>目的の場所にテープに検索されたパターンを配置し、均等に基板までのパターンの上面からの圧力を加えることによって、シリコーン膜にパターンを転送します。 5分間テープを溶解するために水を適用します。 注：物質移動の記載された方法は、堆積したシリコン二酸化UV活性化シリコン基板17との間の共有結合（Si-O-Si）によって促進されます</s&gt;アップ。 </li><li>テープをはがし、DI水ですすぎ、そして1分間90℃のホットプレート上で乾燥しました。 </li></ol></li><li>シリコーン膜を使用してデバイスをカプセル化します<ol><li> （：ベースと硬化剤の1の体積比1）シリコーン混合物を封入する10グラムを準備します。 </li><li>パッドを被覆するシリコーンを回避するために、下部シリコーン膜とファンデルワールス結合、によって長方形のPDMSピース（22×6×1ミリメートル3）とケーブルの接触パッドをカバー。 </li><li> 1分間4,000 rpmでシリコーン混合物5gをスピンコート転送エレクトロニクスの厚さ5μmの層を形成し、その後、O / N室温で硬化。 </li></ol></li><li>データ収集のための柔軟なリボンケーブルを接続します<ol><li>清浄な表面を作るために3秒間コネクタパッド上に、ピペットで液体鋼用フラックス（0.5ml）に、適用します。 </li><li>高温（&gt; 60℃）での圧力との接触点に薄い、柔軟なリボンケーブルを結合。典型的なヘアstraightenerは取り扱いが容易との結合を提供しています。 注：マイクロフィルムケーブルはシリコーンを転送金属膜の機械的な破壊を避けるために、従来のハードワイヤーのはんだ付けすることが好ましいです。 </li><li>デジタルマルチメータを使用して電気的接続を確認してください。 （：約1 cmで離れた距離）の抵抗値は、1つの端部とセンサパッドとフィルムケーブルの他端との間に1未満オーム期待されています。 </li><li>ステップ1.6.2で説明したのと同じ戦略でカスタマイズプリント基板にリボンケーブルのもう一方の端を結合。 </li><li>デジタルマルチメータを使用して電気的接続を確認してください。 </li><li> PCB上に、従来の配線を半田付けすることにより、データ集録ハードウェアとデバイスを接続します。 </li></ol></li></ol> 2.臨床試験<ol><li>消毒液を使用してデバイスを清掃してください<ol><li> （：水とソリューションの1の体積比40）希釈消毒液の205グラムを準備します。 </li><li>噴霧しますデバイス上の溶液（10g）を、10分間それを浸します。 注：希釈消毒洗浄剤は、室温で保存することができます。 </li><li>水で3回すすぎ、クリーンな組織でそれを乾燥させます。 </li></ol></li><li>デバイスのテストのための機器のシリーズを設定します<ol><li>準備し、電流源、マルチプレクサ、データ記録用のラップトップコンピュータにインストールされているカスタムソフトウェアとロックインアンプを接続してください。 </li><li>三脚に赤外線カメラを置き、参照としてサーモグラフィーのターゲットオブジェクトに焦点を当てています。 </li><li>セットアップロックインアンプの熱伝導率を測定するためのシステムパラメータ（周波数：1＆3ヘルツ、時定数：3と1秒、感度：1 mVで、ダイナミックリザーブ：高予備）と温度（周波数：997 Hzで、時間印加される定電流（2ミリアンペア）と低ノイズ）：定数：300ミリ秒;：;感度ダイナミックリザーブ2 mVの。 </li><li>微細転写印刷法により作製し、傷の上に取り付けられた、2傷デバイスを接続し、患者からのデータを記録する前に、マルチプレクサ右に反対サイト。 </li></ol></li><li>記録温度と熱伝導率 注：データ収集ソフトウェアは、カスタムメイドされ、遠隔リアルタイム・データ監視および保存のためのロックインアンプを制御することができます。温度測定では、各データ点は、20秒毎に300ミリ秒を測定します。最初の10秒、次の10秒間のデータのセットは、それぞれ、平均温度値と標準偏差を計算するために使用されます。記録されたデータは、赤外線サーモグラフィからのデータと比較するためのグラフをプロットするために使用されるカンマ区切り値ファイルとして保存されます。熱伝導率の測定では、3Ω信号が直接その後、分析的に熱伝導性を計算するために利用されるハードウェアの画面（アンプ）から読み出されます。 <ol><li>静かに消毒アルコール10を払拭を用いて皮膚上のデバイスの適用部位をこします。 </li><li> 2.3.2）柔らかい結合を容易にするために、指で皮膚にデバイスを押して、所望の皮膚の位置にある2つのデバイスラミネート：外科的創傷部位上の1つの基準と反対側の位置に他の。 </li><li>データ収集を開始することにより、デバイスの熱伝導率に関連した電圧（3Ω）を、測定します。 </li><li>皮膚へのデバイスのコンフォーマル接触を確認するために、得られたデータを評価します。異常値（&lt;0.1 ​​W / mKで）は、デバイスの接触不良を示しています。 </li><li>カスタムソフトウェアを介して温度分布と記録データを決定するために、電気抵抗を測定します。 </li><li>皮膚上の2つのデバイスの光学的および赤外線画像を取ります。 </li><li>創傷デバイス（2.3.5）から記録されたデータを赤外線画像から温度値を比較します。カスタマイズされたスプレッドシートで列を区切るために、両方の値を追加します。 </li></ol></li><li>記録したデータを分析<ol><li>に記録されたデータをエクスポートします。自動的にデバイス内のセンサのアレイからの温度と熱伝導率を計算するためにカスタマイズされたテンプレート。 </li><li>一ヶ月（4日間1のデータのセット、3、15、および30）にわたって比較するためのデータ（異なる時間スケール上のセンサの位置に応じて、温度および熱伝導率）をプロットします。 </li><li>温度と時間に応じて、熱伝導率の一連のデータを比較することによって、データを分析します。突然の標高値または創傷部位に相および/または予期しない異常創傷治癒の変化を教えてドロップします。 </li></ol></li></ol>

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A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fractal+Design+Concepts+for+Stretchable+Electronics.">Fractal Design Concepts for Stretchable Electronics.</a> Nature Commun. 5 (3266), (2013).</li><li>Song, Y. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+cameras+with+designs+inspired+by+the+arthropod+eye.">Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye.</a> Nature. 497 (7447), 95-99 (2013).</li><li>Jeong, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capacitive+Epidermal+Electronics+for+Electrically+Safe,+Long-Term+Electrophysiological+Measurements.">Capacitive Epidermal Electronics for Electrically Safe, Long-Term Electrophysiological Measurements.</a> Adv Healthc Mater. 3 (5), 642-648 (2013).</li><li>Zhang, Y. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+and+Theoretical+Studies+of+Serpentine+Microstructures+Bonded+To+Prestrained+Elastomers+for+Stretchable+Electronics.">Experimental and Theoretical Studies of Serpentine Microstructures Bonded To Prestrained Elastomers for Stretchable Electronics.</a> Adv Funct Mater. 24 (14), 2028-2037 (2014).</li><li>Carlson, A., Bowen, A. M., Huang, Y. G., Nuzzo, R. G., Rogers, J. 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J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+Releasable+Single-Crystal+Silicon&#8211;Metal+Oxide+Field-Effect+Devices+and+Their+Deterministic+Assembly+on+Foreign+Substrates.">Fabrication of Releasable Single-Crystal Silicon&#8211;Metal Oxide Field-Effect Devices and Their Deterministic Assembly on Foreign Substrates.</a> Adv Funct Mater. 21 (16), 3029-3036 (2011).</li><li>Kim, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unusual+strategies+for+using+indium+gallium+nitride+grown+on+silicon+(111)+for+solid-state+lighting.">Unusual strategies for using indium gallium nitride grown on silicon (111) for solid-state lighting.</a> Proc Natl Acad Sci U.S.A. 108 (25), 10072-10077 (2011).</li><li>Padilla-Medina, J. 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The authors declare that they have no competing financial interests.

This article highlights the methods and protocols to fabricate a conformal, skin-like electronics system that enables conformal lamination near the wound tissues, which offers quantitative measurement of skin temperature and thermal conductivity mapping on the skin. 
The key features include the utilization of novel techniques of materials transfer printing and hard-soft materials integration to design and develop the flexible/stretchable, soft electronic device. The use of biocompatible, elec...

臨床研究および生物医学研究では、創傷治癒のモニタリングは、創傷1,2における組織形態学的変化の組織学的評価に基づいて侵襲的な方法に焦点を当てています。最近、電子技術の急速な進歩は、視覚的にデジタル画像3,4または共焦点走査顕微鏡と分光4,5を経由して、創傷治癒過程を調べることができ、高精度のイメージングと解析ツールの開発を可能にします。しかし、これらのイメージング手法は、高コスト、複雑な光学ツールや操作を必要とし、より重要なことには、患者は、試験中に固定化する必要があります。したがって、より正確な創傷管理を提供するために、簡単に使用できる、非侵襲的、定量的、安価、および多官能性であり、新しい装置およびシステムの必要性が存在します。 ここでは、温度や熱conduの正確な、リアルタイムのマッピングを提供し、皮膚のような電子システムを導入ctivityとは、非侵襲的デバイスのコンフォーマル積層を介した創傷部位での加熱の正確なレベルを提供します。このデバイスは、表皮6-9の技術、機械的および材料特性に適合するように設計されて皮膚に取り付けられた表皮電子システム（曲げ剛性、全体の厚さを、効果的な弾性率、および質量密度）のクラスを提供します。 デバイスは、患者10の臨床応用のために洗浄し、消毒することができ、生体適合性、肌に優しい、防水、および再利用可能な形で設計されています。創傷組織の近くに取り付けられたコンフォーマルな電子デバイスは水和に対応付け温度8と熱伝導率13の定量的記録を介して、創傷11,12に血流増加及び酵素反応によって引き起こされる炎症期（創傷治癒プロセスの1つ）、キャプチャ。実験と計算の研究はaccommodに最適なメカニックデザインを決定自然な動きを食べて、機械的な破壊せずに歪みを適用し、高忠実度信号の取得を提供しています皮膚の表面にコンフォーマルに積層皮膚のような電子機器の仕組みを延伸する基礎となる物理学を、キャプチャします。 この資料に記載されているプロトコルは、皮膚のような電子システム、機器の清掃、臨床現場での機器のセットアップ、および皮膚の傷の温度と熱伝導率の定量的なモニタリングのための臨床応用を含め、試験の準備のための微細加工の方法を提示します。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3&#34; Silicon wafer</td>
			<td>University Wafer, USA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Use as carrier to fabricate the device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Fisher Scientific, USA</td>
			<td>A18-1</td>
			<td>Use to clean a wafer and to remove photoresist</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropanol (IPA)</td>
			<td>Fisher Scientific, USA</td>
			<td>A459-1</td>
			<td>Use to clean a wafer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZ4620 photoresist</td>
			<td>AZ Electrionic Materials, USA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Use to make patterns on metals and polymers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZ400K developer</td>
			<td>AZ Electrionic Materials, USA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Use to develop AZ4620 photoresist</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chromium etchant</td>
			<td>Transene, USA</td>
			<td>1020AC</td>
			<td>Use to etch Cr layer of device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper etchant</td>
			<td>Transene, USA</td>
			<td>ASP-100</td>
			<td>Use to etch Cu layer of device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit (PDMS)</td>
			<td>Dow Corning, USA</td>
			<td>39100000</td>
			<td>Use as a substrate for &#39;dry&#39; retrieval</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PI2545 polyimide</td>
			<td>HD MicroSystem, USA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Use to encapsulate metal layer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solaris</td>
			<td>Smooth-On, USA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Use as substrate and to encapsulate device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petridish</td>
			<td>Carolina, USA</td>
			<td>741255</td>
			<td>Use as mold to make substrate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water-Soluble Wave Solder Tape 5414</td>
			<td>3M, USA</td>
			<td>AM000000217</td>
			<td>Use to retrive device from PDMS layer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Activity Liquid Stainless Steel Flux</td>
			<td>Worthington, USA</td>
			<td>331929</td>
			<td>Use to remove oxidation layer on Cu</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flexible, micro-film cable</td>
			<td>Elform, USA</td>
			<td>N/A (customized)</td>
			<td>Use to make the electrical connection between the electronic device and the data acquisition system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH Neutral Cleaner</td>
			<td>Australian Gold, USA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Use as disinfectant solution to clean device in clinical testing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solder</td>
			<td>Kester, USA</td>
			<td>24-6337-9703</td>
			<td>Use as material to solder hard wires</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultraviolet lamp</td>
			<td>Cole-Parmer, USA</td>
			<td>97600-00</td>
			<td>Use to activate PDMS layer as hydrophilic surface</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multiplexer</td>
			<td>FixYourBoard, USA</td>
			<td>U802</td>
			<td>Use to acquire measurements from six sensing components&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DC/AC current source</td>
			<td>Keithley, USA</td>
			<td>6221</td>
			<td>Use to supply current</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMD Digital Hot Air Rework Station</td>
			<td>Aoyue, China</td>
			<td>968A+</td>
			<td>Use to solder hard wires, to electrically connect between the device and external instruments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared camera</td>
			<td>FLIR, USA</td>
			<td>435-0001-01-00</td>
			<td>Use to take infrared images in experiment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital multimeter</td>
			<td>Fluke, USA</td>
			<td>117</td>
			<td>Use to check electrical connection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lock-in amplifier</td>
			<td>Stanford Research System, USA</td>
			<td>SR830</td>
			<td>Use to perform four-point-probe-measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electron beam evaporator</td>
			<td>9 scale Vacuum Products, USA</td>
			<td>N/A (customized)</td>
			<td>Use to deposit thin films (Cu and SiO2)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication and characterization of a conformal skin-like electronic system for quantitative, cutaneous wound management

Recent advances in the development of electronic technologies and biomedical devices offer opportunities for non-invasive, quantitative assessment of cutaneous wound healing on the skin. Existing methods, however, still rely on visual inspections through various microscopic tools and devices that normally include high-cost, sophisticated systems and require well trained personnel for operation and data analysis. Here, we describe methods and protocols to fabricate a conformal, skin-like electronics system that enables conformal lamination to the skin surface near the wound tissues, which provides recording of high fidelity electrical signals such as skin temperature and thermal conductivity. The methods of device fabrication provide details of step-by-step preparation of the microelectronic system that is completely enclosed with elastomeric silicone materials to offer electrical isolation. The experimental study presents multifunctional, biocompatible, waterproof, reusable, and flexible/stretchable characteristics of the device for clinical applications. Protocols of clinical testing provide an overview and sequential process of cleaning, testing setup, system operation, and data acquisition with the skin-like electronics, gently mounted on hypersensitive, cutaneous wound and contralateral tissues on patients.

図1は 、患者に関する定量的、皮膚の創傷管理用に設計されたコンフォーマル、皮膚のような電子システムの特性の概要を説明します。多機能電子デバイスは、マイクロスケールのフラクタル構造3,14とフィラメント状蛇紋岩で構成されて非常に優れた機械的な伸縮性と屈曲性を提供しています薄いエラストマー膜に9,17をトレースします。完全にシリコーン層に?...

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Fabrication and Characterization of a Conformal Skin-like Electronic System for Quantitative, Cutaneous Wound Management

This article presents methods to fabricate and characterize a conformal, skin-like electronic system and protocols for the use in clinical applications, particularly on cutaneous wound management.

定量的、皮膚が創傷管理のためのコンフォーマルスキンのような電子システムの作製と評価

Recent advances in the development of electronic technologies and biomedical devices offer opportunities for non-invasive, quantitative assessment of ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.8K ビュー.  Virginia Commonwealth University. This article presents methods to fabricate and characterize a conformal, skin-like electronic system and protocols for the use in clinical applications, particularly on cutaneous wound management. 

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Microinjection Wound Assay and In vivo Localization of Epidermal Wound Response Reporters in Drosophila Embryos.

The Drosophila embryo develops a robust epidermal layer that serves both to protect the internal cells from a harsh external environment as well as to maintain cellular homeostasis. Puncture injury with glass needles provides a direct method to trigger a rapid epidermal wound response that activates wound transcriptional reporters, which can be visualized by a localized reporter signal in living embryos or larvae. Puncture or laser injury also provides signals that promote the recruitment of hemocytes to the wound site. Surprisingly, severe (through and through) puncture injury in late stage embryos only rarely disrupts normal embryonic development, as greater than 90% of such wounded embryos survive to adulthood when embryos are injected in an oil medium that minimizes immediate leakage of hemolymph from puncture sites. The wound procedure does require micromanipulation of the Drosophila embryos, including manual alignment of the embryos on agar plates and transfer of the aligned embryos to microscope slides. The Drosophila epidermal wound response assay provides a quick system to test the genetic requirements of a variety of biological functions that promote wound healing, as well as a way to screen for potential chemical compounds that promote wound healing. The short life cycle and easy culturing routine make Drosophila a powerful model organism. Drosophila clean wound healing appears to coordinate the epidermal regenerative response, with the innate immune response, in ways that are still under investigation, which provides an excellent system to find conserved regulatory mechanisms common to Drosophila and mammalian epidermal wounding.

Microinjection Wound Assay and In vivo Localization of Epidermal Wound Response Reporters in Drosophila Embryos.

The embryonic epidermis of very late stage Drosophila embryos provides an in vivo system for rapid puncture wound response analysis and can be combined with genetic manipulations or chemical microinjection treatments to advance studies in wound healing for translation into mammalian models.

マイクロインジェクションアッセイをキズや<em&gt;インビボ</em&gt;表皮の局在は、応答記者傷<em&gt;ショウジョウバエ</em&gt;胚。

The Drosophila embryo develops a robust epidermal layer that serves both to protect the internal cells from a harsh external environment as well as to ...

生物工学

Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and used to dictate the shape as well as the diameter of a core stream.&#160;Grooves in the top and bottom of a microfluidic channel were designed to direct the sheath fluid and shape the core fluid.&#160;By matching the viscosity and hydrophilicity of the sheath and core fluids, the interfacial effects are minimized and complex fluid shapes can be formed.&#160;Controlling the relative flow rates of the sheath and core fluids determines the cross-sectional area of the core fluid.&#160;Fibers have been produced with sizes ranging from 300 nm to ~1 mm, and fiber cross-sections can be round, flat, square, or complex as in the case with double anchor fibers. Polymerization of the core fluid downstream from the shaping region solidifies the fibers.&#160;Photoinitiated click chemistries are well suited for rapid polymerization of the core fluid by irradiation with ultraviolet light.&#160;Fibers with a wide variety of shapes have been produced from a list of polymers including liquid crystals, poly(methylmethacrylate), thiol-ene and thiol-yne resins, polyethylene glycol, and hydrogel derivatives. Minimal shear during the shaping process and mild polymerization conditions also makes the fabrication process well suited for encapsulation of cells and other biological components.

Two adjacent fluids passing through a grooved microfluidic channel can be directed to form a sheath around a prepolymer core; thereby&#160;determining both shape and cross-section. Photoinitiated polymerization, such as thiol click chemistry, is well suited for rapidly solidifying the core fluid into a microfiber with predetermined size and shape.

あらかじめ設計されたサイズと形状を用いるポリマー繊維およびバイオハイブリッド繊維のマイクロ流体製造

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and ...

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to spatially fractionate the sample based on a biological property of interest. For the resultant spatial distribution to be used as the assay readout, microfluidic devices are often subjected to microscopic analysis requiring complex instrumentation with higher cost and reduced portability. To address this limitation, we have developed an integrated electronic sensing technology for multiplexed detection of particles at different locations on a microfluidic chip. Our technology, called Microfluidic CODES, combines Resistive Pulse Sensing with Code Division Multiple Access to compress 2D spatial information into a 1D electrical signal. In this paper, we present a practical demonstration of the Microfluidic CODES technology to detect and size cultured cancer cells distributed over multiple microfluidic channels. As validated by the high-speed microscopy, our technology can accurately analyze dense cell populations all electronically without the need for an external instrument. As such, the Microfluidic CODES can potentially enable low-cost integrated lab-on-a-chip devices that are well suited for the point-of-care testing of biological samples.

We demonstrate a microfluidic platform with an integrated surface electrode network that combines resistive pulse sensing (RPS) with code division multiple access (CDMA), to multiplex detection and sizing of particles in multiple microfluidic channels.

粒子の空間追跡のための多重化された電子の検出とマイクロ流体プラットフォーム

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

A Simple and Scalable Fabrication Method for Organic Electronic Devices on Textiles

Today, wearable electronics devices combine a large variety of functional, stretchable, and flexible technologies. However, in many cases, these devices cannot be worn under everyday conditions. Therefore, textiles are commonly considered the best substrate to accommodate electronic devices in wearable use. In this paper, we describe how to selectively pattern organic electroactive materials on textiles from a solution in an easy and scalable manner. This versatile deposition technique enables the fabrication of wearable organic electronic devices on clothes.

In this paper, we present a protocol to selectively deposit organic materials on textiles, which allows for the direct integration of organic electronic devices with wearables. The fabricated devices can be fully integrated in textiles, respecting their mechanical appearance and enabling sensing capabilities.

テキスタイル上の有機電子デバイスのためのシンプルでスケーラブルな製造方法

Today, wearable electronics devices combine a large variety of functional, stretchable, and flexible technologies. However, in many cases, these devices ...

Fabrication and Validation of an Organ-on-chip System with Integrated Electrodes to Directly Quantify Transendothelial Electrical Resistance

Organs-on-chips, in vitro models involving the culture of (human) tissues inside microfluidic devices, are rapidly emerging and promise to provide useful research tools for studying human health and disease. To characterize the barrier function of cell layers cultured inside organ-on-chip devices, often transendothelial or transepithelial electrical resistance (TEER) is measured. To this end, electrodes are usually integrated into the chip by micromachining methods to provide more stable measurements than is achieved with manual insertion of electrodes into the inlets of the chip. However, these electrodes frequently hamper visual inspection of the studied cell layer or require expensive cleanroom processes for fabrication. To overcome these limitations, the device described here contains four easily integrated electrodes that are placed and fixed outside of the culture area, making visual inspection possible. Using these four electrodes the resistance of six measurement paths can be quantified, from which the TEER can be directly isolated, independent of the resistance of culture medium-filled microchannels. The blood-brain barrier was replicated in this device and its TEER was monitored to show the device applicability. This chip, the integrated electrodes and the TEER determination method are generally applicable in organs-on-chips, both to mimic other organs or to be incorporated into existing organ-on-chip systems.

This publication describes the fabrication of an organ-on-chip device with integrated electrodes for direct quantification of transendothelial electrical resistance (TEER). For validation, the blood-brain barrier was mimicked inside this microfluidic device and its barrier function was monitored. The presented methods for electrode integration and direct TEER quantification are generally applicable.

作製と内皮下電気抵抗を直接定量化する統合型電極を用いたオンチップ器官システムの検証

Organs-on-chips, in vitro models involving the culture of (human) tissues inside microfluidic devices, are rapidly emerging and promise to provide useful ...

Fabrication and Characterization of Griffithsin-modified Fiber Scaffolds for Prevention of Sexually Transmitted Infections

Electrospun fibers (EFs) have been widely used in a variety of therapeutic applications; however, they have only recently been applied as a technology to prevent and treat sexually transmitted infections (STIs). Moreover, many EF technologies focus on encapsulating the active agent, relative to utilizing the surface to impart biofunctionality. Here we describe a method to fabricate and surface-modify poly(lactic-co-glycolic) acid (PLGA) electrospun fibers, with the potent antiviral lectin Griffithsin (GRFT). PLGA is an FDA-approved polymer that has been widely used in drug delivery due to its outstanding chemical and biocompatible properties. GRFT is a natural, potent, and safe lectin that possesses broad activity against numerous viruses including human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1). When combined, GRFT-modified fibers have demonstrated potent inactivation of HIV-1 in vitro. This manuscript describes the methods to fabricate and characterize GRFT-modified EFs. First, PLGA is electrospun to create a fiber scaffold. Fibers are subsequently surface-modified with GRFT using 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC) and N-hydroxysuccinimide (NHS)chemistry. Scanning electron microscopy (SEM) was used to assess the size and morphology of surface-modified formulations. Additionally, a gp120 or hemagglutinin (HA)-based ELISA may be used to quantify the amount of GRFT conjugated to, as well as GRFT desorption from the fiber surface. This protocol can be more widely applied to fabricate fibers that are surface-modified with a variety of different proteins.

This manuscript describes the procedure to fabricate and characterize Griffithsin-modified poly(lactic-co-glycolic acid) electrospun fibers that demonstrate potent adhesive and antiviral activity against human immunodeficiency virus type 1 infection in vitro. Methods used to synthesize, surface-modify, and characterize the resulting morphology, conjugation, and desorption of Griffithsin from surface-modified fibers are described.

作製と評価 Griffithsin 変更繊維足場の防止のため性的感染

Electrospun fibers (EFs) have been widely used in a variety of therapeutic applications; however, they have only recently been applied as a technology to ...

Large-area Scanning Probe Nanolithography Facilitated by Automated Alignment and Its Application to Substrate Fabrication for Cell Culture Studies

Scanning probe microscopy has enabled the creation of a variety of methods for the constructive (&#39;additive&#39;) top-down fabrication of nanometer-scale features. Historically, a major drawback of scanning probe lithography has been the intrinsically low throughput of single probe systems. This has been tackled by the use of arrays of multiple probes to enable increased nanolithography throughput. In order to implement such parallelized nanolithography, the accurate alignment of probe arrays with the substrate surface is vital, so that all probes make contact with the surface simultaneously when lithographic patterning begins. This protocol describes the utilization of polymer pen lithography to produce nanometer-scale features over centimeter-sized areas, facilitated by the use of an algorithm for the rapid, accurate, and automated alignment of probe arrays. Here, nanolithography of thiols on gold substrates demonstrates the generation of features with high uniformity. These patterns are then functionalized with fibronectin for use in the context of surface-directed cell morphology studies.

Here we present a protocol for wide-area scanning probe nanolithography enabled by the iterative alignment of probe arrays, as well as the utilization of lithographic patterns for cell-surface interaction studies.

広域走査型プローブ ナノリソグラフィ自動配置と細胞培養研究用基板作製への応用

Scanning probe microscopy has enabled the creation of a variety of methods for the constructive (&#39;additive&#39;) top-down fabrication of ...

Fabrication and Characterization of Optical Tissue Phantoms Containing Macrostructure

The rapid development of new optical imaging techniques is dependent on the availability of low-cost, customizable, and easily reproducible standards. By replicating the imaging environment, costly animal experiments to validate a technique may be circumvented. Predicting and optimizing the performance of in vivo and ex vivo imaging techniques requires testing on samples that are optically similar to tissues of interest. Tissue-mimicking optical phantoms provide a standard for evaluation, characterization, or calibration of an optical system. Homogenous polymer optical tissue phantoms are widely used to mimic the optical properties of a specific tissue type within a narrow spectral range. Layered tissues, such as the epidermis and dermis, can be mimicked by simply stacking these homogenous slab phantoms. However, many in vivo imaging techniques are applied to more spatially complex tissue where three dimensional structures, such as blood vessels, airways, or tissue defects, can affect the performance of the imaging system. 
This protocol describes the fabrication of a tissue-mimicking phantom that incorporates three-dimensional structural complexity using material with optical properties of tissue. Look-up tables provide India ink and titanium dioxide recipes for optical absorption and scattering targets. Methods to characterize and tune the material optical properties are described. The phantom fabrication detailed in this article has an internal branching mock airway void; however, the technique can be broadly applied to other tissue or organ structures.

Optical tissue phantoms are essential tools for calibration and characterization of optical imaging systems and validation of theoretical models. This article details a method for phantom fabrication that includes replication of tissue optical properties and three-dimensional tissue structure.

マクロを含む光の組織ファントムの作製と評価

The rapid development of new optical imaging techniques is dependent on the availability of low-cost, customizable, and easily reproducible standards. By ...

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause inflammation, fever, hypo- or hypertension, and, in extreme cases, can lead to tissue and organ damage that may become fatal. The amounts of endotoxin in pharmaceutical products, therefore, are strictly regulated. Among the methods available for endotoxin detection and quantification, the Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) assay is commonly used worldwide. While any pharmaceutical product can interfere with the LAL assay, nano-formulations represent a particular challenge due to their complexity. The purpose of this paper is to provide a practical guide to researchers inexperienced in estimating endotoxins in engineered nanomaterials and nanoparticle-formulated drugs. Herein, practical recommendations for performing three LAL formats including turbidity, chromogenic and gel-clot assays are discussed. These assays can be used to determine endotoxin contamination in nanotechnology-based drug products, vaccines, and adjuvants.

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate LAL Assays

Detection of endotoxins in engineered nanomaterials represents one of the grand challenges in the field of nanomedicine. Here, we present a case study that describes the framework composed of three different LAL formats to estimate potential endotoxin contamination in nanoparticles.

ナノ製剤中のエンドトキシン検出カブトガニ リムラス ライセート (ラル) 試金を使用して

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause ...

Focused Ion Beam Lithography to Etch Nano-architectures into Microelectrodes

With advances in electronics and fabrication technology, intracortical microelectrodes have undergone substantial improvements enabling the production of sophisticated microelectrodes with greater resolution and expanded capabilities. The progress in fabrication technology has supported the development of biomimetic electrodes, which aim to seamlessly integrate into the brain parenchyma, reduce the neuroinflammatory response observed after electrode insertion and improve the quality and longevity of electrophysiological recordings. Here we describe a protocol to employ a biomimetic approach recently classified as nano-architecture. The use of focused ion beam lithography (FIB) was utilized in this protocol to etch specific nano-architecture features into the surface of non-functional and functional single shank intracortical microelectrodes. Etching nano-architectures into the electrode surface indicated possible improvements of biocompatibility and functionality of the implanted device. One of the benefits of using FIB is the ability to etch on manufactured devices, as opposed to during the fabrication of the device, facilitating boundless possibilities to modify numerous medical devices post-manufacturing. The protocol presented herein can be optimized for various material types, nano-architecture features, and types of devices. Augmenting the surface of implanted medical devices can improve the device performance and integration into the tissue.

We have shown that the etching of nano-architecture into intracortical microelectrode devices may reduce the inflammatory response and has the potential to improve electrophysiological recordings. The methods described herein outline an approach to etch nano-architectures into the surface of non-functional and functional single shank silicon intracortical microelectrodes.

マイクロ電極へのエッチングナノアーキテクチャへの集束イオンビームリソグラフィー

With advances in electronics and fabrication technology, intracortical microelectrodes have undergone substantial improvements enabling the production of ...