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요약

정밀한 센서 전극의 제조 방법 (간격과 폭: 20 µ m) 피하 주사 바늘의 끝에 (직경: 720 µ m)는 사진 평판 과정에서 스프레이 코팅 및 유연한 필름 포토 마스크를 사용 하 여 보여 줍니다.

초록

-에-전기 임피던스 분광학 (EIS)에 대 한 제작 방법 소개는-바늘 (EoN: EIS-바늘)을 측정 하 고 서로 다른 biotissues 사이 전기 임피던스에 차이 분석 하 여 본문에 대상 조직 찾습니다. 이 문서는 포토 리소 그래피 공정에서 포토 레지스트 스프레이 코팅 및 유연한 필름 포토 마스크를 사용 하 여 피하 주사 바늘의 끝에 정밀한 센서 전극 (Ide)의 제조 방법을 설명 합니다. 폴 리 에틸렌 테 레프 탈 산 (애완 동물) 열 수축 튜브 (하와이) 25 µ m의 벽 두께 단 열 및 패 시 베이 션 층으로 사용 됩니다. 애완 동물 하와이 표준시 절연 코팅 재로 널리 사용 되었습니다 poly(p-xylylene) 고분자에 비해 높은 기계적 내 구성을 보여줍니다. 또한, 하와이 표준시는 누대에 화학 손상을 제한에 대 한 유리는 대부분 산 및 기초, 좋은 내 화학 성을 보여줍니다. EoN의 사용은 특히 화학/생체 또는 산 성/기본 화학 물질을 사용 하 여 제조의 특성에 대 한 선호 이다. 조작 간격과 Ide의 너비는 20 µ m, 작은 되며 전체 너비와 길이 Ide의 400 µ m와 860 µ m, 각각. 피하 주사 바늘의 팁 (피하 주사 바늘의 팁과는 Ide의 시작 지점 사이의 거리)에서 제조 여백 680 µ m로 작습니다 나타내는 biotissues에는 불필요 하 게 과도 한 침략 동안 피할 수는 전기 임피던스 측정입니다. EoN 갑 상선 생 검 및 척추 공간에 마 취 약물 전달에 대 한와 같은 임상 사용에 대 한 높은 가능성이 있다. 또한, 종양의 부분 절제술을 포함 하는 수술에도 EoN 채택 될 수 있다 정상 사이 수술 여백 (정상 조직의 종양의 외과 절단 제거 됩니다)를 감지 하 여 훨씬 정상 조직을 최대한으로 보존 하 고 병 변 조직입니다.

서문

피하 주사 바늘 때문에 저렴 하 고 사용 하기 쉬운 생 검 및 약물 전달에 대 한 병원에서 널리 활용 됩니다. 그들은 또한 그들의 얇은 직경 및 날카로운 구조 침공에 대 한 적합 한에 불구 하 고 우수한 기계적 성질이 있다. 생 검, 중 대상 조직 초음파 지도1피하 주사의 빈에서 샘플링 됩니다. 비록 초음파 방사선, 태아와 임산부를 위한 안전의 무료 이며 제공 하는 실시간 영상은 초음파 공기 침투 수 없습니다 때문에 깊은 신체 내에서, 특히 비만 환자의 경우에 장기를 볼 수 또는 지방 조직2. 또한, 외과 의사 부족 기술 하는 경우 여러 생 검에 대 한 필요의 결과로 병원의 대부분에 활용 하 고 통상 2 차원 초음파에서 깊이 정보를 얻을 수 없거나 또는 경험. 척추 마 취에 대 한 약물 전달, 의사는 바늘에 도달 했습니다 척추 공간 뇌 척추 액체 (CSF) 신중 하 게 환자의 뒤에 바늘을 삽입 하는 동안 주사기로 뒤로 흐르는 경우 결정 합니다. 확인 후 CSF의 역류 성 식도 염, 마 취 약물3척추 공간 주입 됩니다. 그러나, 의사 위험 관통 또는 척추 공간에서 신경 섬유를 절단 환자와 심지어 하반신 마비4,5심한 통증을 일으킨다. 따라서,이 절차는 또한 노련한 의사가 필요합니다. 위에서 언급 한 어려움을 완화 하 고 극복 한 솔루션 바늘의 위치에 대 한 객관적인 정보를 제공 될 수 있도록 피하 주사에 탐색 기능을 추가 하는. 이 쉽게 그들의 경험적 판단에만 의존 하지 않고 생 검, 약물 전달, 그리고 심지어 수술을 수행 하는 의사를 도울 것입니다.

전기적으로 본문, 통합 전기 임피던스 분광학 피하 주사에에서 대상 조직 지역화 하려면 (EIS) 센서 EIS-에-한-바늘 (EoN)6으로 도입 되었습니다. EIS 센서는 현재 DNA 검출7,,89, 박테리아/바이러스 탐지10,11,12 같은 응용 프로그램에 대 한 공학의 분야에 활용 , 및 세포/조직13,14,15,16,17,18,,1920 에 대 한 분석 , 21 , 22.는 언 그들의 전기 전도도 유전율에 따라 주파수 영역에서 닮지 않은 물자 사이 차별 수 있습니다. EoN의 차별 기능 버퍼링 하는 인산 염 (PBS)23, 돼지 지방/근육 조직6,23, 그리고 심지어 인간 신장 정상/암 조직24의 다양 한 농도 대 한 확인 ,25. EoN의이 기능 상당히 찾아 대상 병 변 조직 및 인접 정상 조직 사이 전기 임피던스 차이에 따라 대상 조직 생 검 정확도 높일 예정 이다. 비슷한 방식으로 약물 주입 사이 전기 임피던스에 조사 차이 공간 (척수 또는 경 막 외 공간) 및 주변 조직 수 있습니다 정확한 대상 위치에는 마 취 약물을 전달 하는 의사. 또한, 전기 수술으로 많이 정상 조직을 보존 하 부분 신 같은 종양의 부분 절제술을 포함 하는 동안 최적의 수술 마진을 확인할 뇌/근육도 자극 하 누대를 이용 될 수 있다 가능.

EoN의 실현에 가장 큰 과제 중 하나는 작은 곡률 반경 데 피하 주사의 곡선된 표면에 전극의 제조 이다. 기존의 포토 리소 그래피 과정을 사용 하 여 직접 금속 패턴 몇 밀리미터의 직경을 가진 곡선된 기판에 마이크로 크기의 전극의 제작을 위해 부적 한 또는 더 적은으로 여겨 왔다. 지금까지, 등각 인쇄26을 유연한를 포함 하 여 다양 한 방법, 건조 필름 감광 제27, 미세 메서드28, nanoimprint 석판29및 리소 그래피 기판 회전30, 곡선된 표면에 금속/고분자 패턴을 조작 하는 소개 했다. 그러나, 지금도 1 m m 미만의 직경, 총 전극 길이 20 m m 이상의 필요한 기판 같은 EoN 요구 사항이 제한, 폭 및 수십 마이크로미터, 및 높은 볼륨 생산에에서 이르기까지 전극의 간격.

현재 연구에서 포토 레지스트 스프레이 코팅 및 유연한 필름 포토 마스크를 사용 하 여 직접 금속 패턴은 피하 주사의 곡선된 표면에 마이크로 크기의 전극 실현 것을 제안 하 고 있다. 바늘의 직경은 720 µ m (22-게이지), 생 검 및 병원에서 약물 전달에 대 한 널리 이용 되는 작은. 제안 된 제조 방법의 생산 수율도 저렴 한 가격에 대량 생산의 타당성을 결정 하기 위해 평가 됩니다.

프로토콜

1. 피하 주사의 절연

참고: 투명 열 수축 튜브 (HST)는 720 µ m 직경에서 및 길이 32 m m는 피하 주사의 전기 절연을 위해 사용 됩니다. 하와이 표준시 폴 리 에틸렌 테 레프 탈 산 (애완 동물), 대부분 산에 좋은 화학 저항을 표시 하 고 기지, 우수한 기계적 내구성 및 생체 적합성의 이루어집니다. 초기 내경 및 하와이 표준시의 벽 두께 840 μ m 및 25 μ m, 각각입니다. 하와이 표준시의 직경 높은 온도에서 더 큰 감소와 함께 100 ° C의 온도에서 50% 이상 감소 하는 경향이 최대 190 ° c. Note 애완 동물 하와이 표준시 속성을 영구적으로 하드 하 고 엄밀한 치료 때의 열 경 화성 재료 이다. 연구 목적 및 응용 프로그램에 따라 피하 주사 및 수축 튜브의 크기를 조정할 수 있습니다. 전반적인 제조 공정은 그림 1에 그래픽으로 요약 됩니다.

  1. 하와이 표준시 잘라 길이의 3 cm. 조정 피하 주사의 침투 깊이 따라 튜브의 길이.
  2. 하와이 표준시 컷으로 피하 주사를 삽입 합니다.
  3. 탈수 (1.6 단계)에서 청소 과정에서 105 ° C에서 실시 하는 경우 원치 않는 추가 수축 방지 하기 위해 설정 된, 150 ° C의 온도에서 열 총을 사용 하 여 튜브를 축소 합니다.
  4. 그것의 허브에서 피하 주사를 구분 합니다.
  5. 30 kHz와 350 W 파워 초음파 동요와 이온된 (DI) 물 목욕 (20 ° C)에서 하와이 표준시 절연 피하 주사를 청소.
  6. 10 분 동안 105 ° C에서 열판에 하와이 표준시 절연 피하 주사를 탈수.

2. Au 증 착 스퍼터 링을 사용 하 여

참고:이 연구에 사용할 수 있는 스퍼터 링 과정 사용 됩니다 전극, 위한 Au 층을 예금 하 전자 빔 증발 프로세스는 대체 방법 될 수 있지만. 스퍼터 링 과정에서 거의 유도 온도 상승 하면 하와이 표준시의 추가 수축으로 확인 됐다. 그러나, 이상의 몇 분 동안 계속 하는 과정 초기 수축 온도 이상 하와이 표준시를 열 수 있습니다. 이 하와이의 추가 수축 제조 여백 끝에서 증가 결과로 발생할 수 있습니다.

  1. 하와이 표준시 Cr/Au 증 착을 위한 더블 양면 테이프를 사용 하 여 유리 슬라이드에 나란히 절연 청소 피하 주사 바늘을 정렬 합니다.
  2. 스퍼터 링 장비를 사용 하 여, 하와이 표준시에 의해 절연 청소 피하 주사 바늘에 Cr/Au 입금.
    참고:이 경우에, 크롬 및 Au의 두께 했다 10 nm와 100 nm, 각각 (Cr 하와이 표준시와 Au 층 간의 접착 층을 위해 사용 되었다).
    1. 생산 비용, 생산 시간을 줄이기 위해 가능한 많은 바늘을 정렬 합니다. 보증금 10 아래 스퍼터 링 조건을 사용 하 여 Cr 및 100 nm Au.
    2. Cr 스퍼터 링, Cr 대상 직경 설정: 4 인치, RF 전력: 300 W, 아르곤 압력: 5 mTorr, 그리고 셔터 시간 열: 20 s (10 nm).
    3. Au 스퍼터 링을 사용 누구나 대상 직경: 4 인치, DC 전원: 300 W, 아르곤 압력: 10 mTorr, 그리고 셔터 시간 열: 80 s (100 nm).

3. 스프레이 코팅

참고:는 낮은 점도 (14 cp) 포토 레지스트 스프레이 효율을 높이기 위해 스프레이 코팅 과정에 사용 됩니다. 포토 레지스트는 바늘을가 열 하는 경우에 Au 스퍼터 링 바늘에 쉽게 코팅 수 있습니다.

  1. 양면 테이프를 사용 하 여 유리 슬라이드에 Au 스퍼터 링 피하 주사 바늘 중 하나를 수정 합니다.
  2. 장소는 100 ° c.에가 열 되 고 스프레이 coater의 한 척에 슬라이드 유리 바늘은 충분히가 열 때까지 2-3 분을 기다립니다.
  3. 100 ° c.에 바늘을가 열 하는 동안 누구나 스퍼터 링 바늘에는 포토 레지스트 스프레이 다음과 같은 조건을 사용 하 여 스프레이 코팅 과정을 수행 합니다. 설정된 노즐 직경: 400 µ m, 노즐 이동 속도: 70 m m/s, 스프레이 압력: 500 kPa, 고 척과 노즐 사이의 거리: 13.5 cm.
  4. 스프레이 코팅 완료 후 소프트 베이킹 과정을 수행 하기 위해 3 분 100 ° C에서 척에 유리 슬라이드를 둡니다.
  5. 감광 제는 누구나 스퍼터 링 바늘에 균일 하 게 코팅 여부를 확인 하는 현미경 100 배 확대로 설정을 사용 하 여 결과 검사 합니다.

4. UV 노출 및 개발

참고: 일반적으로, 자외선 노출 전에 유연한 필름 포토 마스크 부착 되어 제거는 포토 마스크와 UV 빛에 노출 될 샘플 사이의 어 갭을 평면 투명 접시에. 그러나,이 연구에는 포토 마스크는 피하 주사의 곡선된 표면에 패턴화 직접 금속을 실현 하기 위해 평면 투명 판 없이 사용 됩니다. 포토 마스크 수 conformably 연락처 aligner 가능 해상도 패턴화 하는 최고를 달성 하기 위해 피하 주사의 곡선을 따라 굽습니다. 구부리기는 포토 마스크와 피하 주사의 곡선된 표면 사이의 접촉 영역을 가능한 한 크게 유지 하는 유연한 포토 마스크 수 있습니다. 고려 사항으로 패턴화 하는 금속에 대 한 프로세스 (이륙 과정)을 에칭 젖은 복용, 긍정적인 감광 제를 사용 하 여 부정적인 감광 제를 사용 하 여 보다 더 유리 하다. 이 때문에 전극 패턴을 제외 하 고 전체 지역 투명 하 고, 그로 인하여 쉽게 바늘의 센터와 전극 패턴에 맞게 넓은 시야를 제공 하는.

  1. 쐐기 오류를 최소화 하기 위해 완전히 고정된 포토 마스크 지주 플레이트 연결 될 때까지 천천히 자유롭게 움직일 수 있는 샘플 들고 접시를 들어올립니다. 다음, 수정 공기 펌프를 사용 하 여 샘플 들고 접시.
    1. 아마도에 어 갭, UV 빛의 산란에 의해 형성 된 수 있으며 샘플 및 포토 마스크 사이의 불완전 한 접촉에 의해 발생 하는 바람직하지 않은 패턴을 피하기 위해이 과정을 실시 합니다.
      참고: 또한, 쐐기 오류 최소화 하면는 감광 제 코팅 피하 주사 움직이지 않는 때 다음 정렬 단계에서 영화 포토 마스크 연결 피하 주사의 접촉면은 둥근 모양에도 불구.
  2. 동기 기의 샘플 들고 접시에 감광 제 코팅 피하 주사를 놓습니다.
  3. 영화 포토 마스크의 맞춤 패턴으로 감광 제 코팅 피하 주사의 예상된 이미지를 맞춥니다.
    참고:이 경우에, 영화 포토 마스크의 맞춤 패턴은 하와이 표준시와 감광 제 코팅된의 두께 고려 하 고 800 µ m의 거리에서 두 개의 병렬 라인으로 설계 되었습니다.
    1. 포토 마스크 (그림 1e);의 두 병렬 정렬 라인 영사 된 이미지의 두 경계 줄 맞춤 따라서, 감광 제 코팅 피하 주사 10 µ m 이하의 정렬 오류와 함께 두 개의 병렬 정렬 라인의 중심에 위치 될 수 있습니다.
    2. 맞춤 과정을 모니터에 디스플레이 모니터를 통해 실시간에 연결 된 전 하 결합 소자 (CCD) 카메라와 현미경.
  4. 포토 마스크 쪽으로 바늘을 천천히 들어올려 고정된 유연한 포토 마스크 접촉 감광 제 코팅 피하 주사를가지고.
  5. 자외선 노출 30 수행 s (UV 강도: 15 mJ/cm2)이 3 분에 대 한 개발 프로세스에 의해 따라.
  6. 디 물을 사용 하 여 샘플에서 개발자를 씻어.
  7. 현미경 200 배 확대 하는 감광 Au 스퍼터 링 피하 주사에 명확 하 게 모방 여부를 확인 하려면 설정을 통해 결과 검사 합니다. 노출된 감광 제 개발 과정 후 완벽 하 게 제거 되지, 30 s 간격으로 개발 프로세스를 반복 합니다.

5. Cr/Au 습식 에칭

주의: 피부/눈을 피하기 위해 Cr 및 Au 젖은 etchants와 접촉.

  1. 트위터를 사용 하 여 샘플 (포토 레지스트 패턴화 피하 주사) 유리 슬라이드에 고정 분리.
  2. 1 분 동안 Au 젖은 현상으로 샘플을 담가.
  3. 디 물을 사용 하 여 샘플에서 Au 현상 린스.
  4. 200 배 확대로 설정 하는 현미경을 통해 결과 검사 합니다. 수 금 아직 남아 제거, 10 s 간격으로 프로세스를 에칭 젖은 반복 합니다. 지나치게 긴 습식된 에칭 시간 얇은 센서 전극을 (IDE)를 만든다.
  5. 30에 대 한 Cr 현상으로 샘플을 담가 s.
  6. 디 물을 사용 하 여 샘플에서 Cr 현상 린스.

6입니다. 잔류 감광 제 및 패 시 베이 션의 제거

  1. 1 분 동안 아세톤 솔루션으로 샘플 (금속 무늬 피하 주사)를 담가.
  2. 디 물 샘플을 헹 구 고 10 분 동안 105 ° C에서 뜨거운 접시에 탈수.
  3. 연결 라인의 전기 패 시 베이 션, 잘라 수축 튜브 (20 m m, 최대 깊이 침투를), 전극 보다 더 오래 2-3 m m를 하와이 표준시 축소 후 하와이 표준시의 길이 감소 될 것 이다 때문에 그림 2와 같이.
  4. 위치는 IDE의 끝에서 가능한 한 멀리 하와이, 후 단단히 바늘을 passivate 하 150 ° C에서 열 총을 사용 하 여 하와이의 온도를 높인다.

결과

센서 전극 (Ide), 그림 2와 같이 전극의 다른 형태에 비해 제한 된 표면에는 더 큰 효과적인 감지 영역 귀 착될. Ide의 전체 길이 860 µ m를 감지 하 여 1 m m 간격 생 검 및 약물 전달 절차에 높은 위치 정확도 제공 하는 biotissues 보다는 더 적은에서 임피던스 변화 분석 되도록 설계 되었습니다. Ide의 총 너비는 제안 된 사진 평판 과정을 사용 하 여 피하 주사...

토론

우리는 그 사진 평판 스프레이 코팅과 필름 포토 마스크를 사용 하 여 작은 직경 1 mm 미만으로 피하 주사의 곡선된 표면에 좋은 Ide를 조작 하는 가능한 방법 시연 했다. 너비와는 Ide의 격차는 20 µ m, 최저 이며 제조 여백 끝에서 680 µ m로 작은. 프로토콜, 내 쐐기 오류 제거를 포함 하 여 정렬 프로세스는 중요 한 단계입니다. 누대는 엄격한 맞춤 과정을 통해 개별적으로 제조 하는 경우 생산 수율 90% ...

공개

저자는 공개 없다.

감사의 말

이 작품은 2017 년에서 GIST 제공한 교부 금을 통해 "생명 통합 기술 연구" 프로젝트에 의해 지원 되었다.

자료

NameCompanyCatalog NumberComments
Heat shrink tubeVENTION MEDICAL, Inc.103-0655
Hypodermic needle (22G)HWAJIN MEDICAL co. ltd-http://www.hwajinmedical.com
Heat gunWellerWHA600http://www.weller-tools.com/en/Home.html
Ultrasonic cleanerHWASHIN INSTRUMENT CO, LTD.POWERSONIC 620-http://www.hwashin.net
HotplateAS ONE Corporation006560
SputteringA-Tech System. Ltd.ATS/SPT/0208Fhttp://www.atechsystem.co.kr
Glass slidePaul Marienfeld GmbH & Co. KG1000412
Spray coaterLITHOTEKLSC-200
PhotoresistAZ electronic materialsGXR 601http://www.merck-performance-materials.com/en/index.html
Developer (solution)AZ electronic materialsMIF 300http://www.merck-performance-materials.com/en/index.html
AlignerMIDAS SYSTEM CO.,Ltd.MDA-400Mhttp://www.midas-system.com
MicroscopeNIKON CorporationL200http://www.nikonmetrology.com
Au wet etchantTRANSENE COMPANY, Inc.Au etchant type TFAhttp://transene.com
Cr wet etchantKMG Electronic. Chemicals, Inc.CR-7http://kmgchemicals.com
Au targetThin films and Fine Materials-http://www.thifine.co.kr
Cr targetThin films and Fine Materials-http://www.thifine.co.kr
Argon gas (99.999%)SINIL Gas Co.Ltd-http://www.sigas.kr
Acetone solutionOCI Company Ltd-http://www.ocicorp.co.kr/company/index.asp
Impedance analyzerGamry Instruments IncReference 600https://www.gamry.com
Height ControllerMitutoyo Corporation192-613
Phosphate buffered salineLife Technologies Corporation10010023

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