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

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.
<ol><li>하와이 표준시 잘라 길이의 3 cm. 조정 피하 주사의 침투 깊이 따라 튜브의 길이.</li>
	<li>하와이 표준시 컷으로 피하 주사를 삽입 합니다.</li>
	<li>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.</li>
	<li>그것의 허브에서 피하 주사를 구분 합니다.</li>
	<li>30 kHz와 350 W 파워 초음파 동요와 이온된 (DI) 물 목욕 (20 ° C)에서 하와이 표준시 절연 피하 주사를 청소.</li>
	<li>10 분 동안 105 ° C에서 열판에 하와이 표준시 절연 피하 주사를 탈수.</li>
</ol>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.
<ol><li>하와이 표준시 Cr/Au 증 착을 위한 더블 양면 테이프를 사용 하 여 유리 슬라이드에 나란히 절연 청소 피하 주사 바늘을 정렬 합니다.</li>
	<li>
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).<ol>
<li>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.</li>
		<li>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).</li>
		<li>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).</li>
	</ol>
</li>
</ol>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.
<ol><li>양면 테이프를 사용 하 여 유리 슬라이드에 Au 스퍼터 링 피하 주사 바늘 중 하나를 수정 합니다.</li>
	<li>장소는 100 ° c.에가 열 되 고 스프레이 coater의 한 척에 슬라이드 유리 바늘은 충분히가 열 때까지 2-3 분을 기다립니다.</li>
	<li>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.</li>
	<li>스프레이 코팅 완료 후 소프트 베이킹 과정을 수행 하기 위해 3 분 100 ° C에서 척에 유리 슬라이드를 둡니다.</li>
	<li>감광 제는 누구나 스퍼터 링 바늘에 균일 하 게 코팅 여부를 확인 하는 현미경 100 배 확대로 설정을 사용 하 여 결과 검사 합니다.</li>
</ol>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.
<ol><li>
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.
	<ol>
<li>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.</li>
	</ol>
</li>
	<li>동기 기의 샘플 들고 접시에 감광 제 코팅 피하 주사를 놓습니다.</li>
	<li>
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.<ol>
<li>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.</li>
		<li>맞춤 과정을 모니터에 디스플레이 모니터를 통해 실시간에 연결 된 전 하 결합 소자 (CCD) 카메라와 현미경.</li>
	</ol>
</li>
	<li>포토 마스크 쪽으로 바늘을 천천히 들어올려 고정된 유연한 포토 마스크 접촉 감광 제 코팅 피하 주사를가지고.</li>
	<li>자외선 노출 30 수행 s (UV 강도: 15 mJ/cm2)이 3 분에 대 한 개발 프로세스에 의해 따라.</li>
	<li>디 물을 사용 하 여 샘플에서 개발자를 씻어.</li>
	<li>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.</li>
</ol>5. Cr/Au 습식 에칭
주의: 피부/눈을 피하기 위해 Cr 및 Au 젖은 etchants와 접촉.
<ol><li>트위터를 사용 하 여 샘플 (포토 레지스트 패턴화 피하 주사) 유리 슬라이드에 고정 분리.</li>
	<li>1 분 동안 Au 젖은 현상으로 샘플을 담가.</li>
	<li>디 물을 사용 하 여 샘플에서 Au 현상 린스.</li>
	<li>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.</li>
	<li>30에 대 한 Cr 현상으로 샘플을 담가 s.</li>
	<li>디 물을 사용 하 여 샘플에서 Cr 현상 린스.</li>
</ol>6입니다. 잔류 감광 제 및 패 시 베이 션의 제거
<ol><li>1 분 동안 아세톤 솔루션으로 샘플 (금속 무늬 피하 주사)를 담가.</li>
	<li>디 물 샘플을 헹 구 고 10 분 동안 105 ° C에서 뜨거운 접시에 탈수.</li>
	<li>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.</li>
	<li>위치는 IDE의 끝에서 가능한 한 멀리 하와이, 후 단단히 바늘을 passivate 하 150 ° C에서 열 총을 사용 하 여 하와이의 온도를 높인다.</li>
</ol>

<ol>
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저자는 공개 없다.

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% ...

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.

<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

-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.

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...

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

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.

생명 의학 어플리케이션에 대 한 포토 레지스트 스프레이 코팅 및 유연한 포토 마스크를 사용 하 여 피하 주사 바늘 끝에 미세 전극의 제조

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

9.6K 조회수.  Gwangju Institute of Science and Technology (GIST). 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.

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Taking Advantage of Reduced Droplet-surface Interaction to Optimize Transport of Bioanalytes in Digital Microfluidics

Digital microfluidics (DMF), a technique for manipulation of droplets, is a promising alternative for the development of &#8220;lab-on-a-chip&#8221; platforms. Often, droplet motion relies on the wetting of a surface, directly associated with the application of an electric field; surface interactions, however, make motion dependent on droplet contents, limiting the breadth of applications of the technique.
Some alternatives have been presented to minimize this dependence. However, they rely on the addition of extra chemical species to the droplet or its surroundings, which could potentially interact with droplet moieties. Addressing this challenge, our group recently developed Field-DW devices to allow the transport of cells and proteins in DMF, without extra additives.
Here, the protocol for device fabrication and operation is provided, including the electronic interface for motion control. We also continue the studies with the devices, showing that multicellular, relatively large, model organisms can also be transported, arguably unaffected by the electric fields required for device operation.

The protocol for fabrication and operation of field dewetting devices (Field-DW) is described, as well as the preliminary studies of the effects of electric fields on droplet contents.

Digital microfluidics (DMF), a technique for manipulation of droplets, is a promising alternative for the development of &#8220;lab-on-a-chip&#8221; ...

연구

공학

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.

다중 Transdermal 전기 감지를위한 빈 Microneedle 기반 센서

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

생체공학

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.

Microelectrode 구조에 의해 발생 AC 계면 현상

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, ...

생물학

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.

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

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.

흐름 기반 Dielectrophoresis: 고성능 솔루션 처리 나노와이어 소자의 제조에 대 한 낮은 비용 방법

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.

포토 리소그래피에 의해 고분자 미세 바늘 어레이 제작

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.

스마트 센서의 제조에 인쇄 하는 하이브리드

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.

교모세포종의 펄스 전기장 치료를 위한 유연한 유기 전자 장치

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

암 연구학

용량성 압력 감지를 위한 Microfluidic Channel 기반 소프트 전극

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.

저자 스포트라이트: Microfluidic Channel-based soft electrodes and their application in capacitive pressure sensing  

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.

미세유체 채널 기반 연질 전극 및 용량성 압력 감지에서의 적용

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

생명 의학 어플리케이션에 대 한 포토 레지스트 스프레이 코팅 및 유연한 포토 마스크를 사용 하 여 피하 주사 바늘 끝에 미세 전극의 제조

요약

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Taking Advantage of Reduced Droplet-surface Interaction to Optimize Transport of Bioanalytes in Digital Microfluidics

다중 Transdermal 전기 감지를위한 빈 Microneedle 기반 센서

Microelectrode 구조에 의해 발생 AC 계면 현상

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

흐름 기반 Dielectrophoresis: 고성능 솔루션 처리 나노와이어 소자의 제조에 대 한 낮은 비용 방법

포토 리소그래피에 의해 고분자 미세 바늘 어레이 제작

스마트 센서의 제조에 인쇄 하는 하이브리드

교모세포종의 펄스 전기장 치료를 위한 유연한 유기 전자 장치

미세유체 채널 기반 연질 전극 및 용량성 압력 감지에서의 적용

미세유체 채널 기반 연질 전극 및 용량성 압력 감지에서의 적용