Este trabalho foi apoiado pelo financiamento de arranque da Escola de Engenharia, Virginia Commonwealth University e alguns dispositivos eletrônicos foram preparados nas instalações de microfabricação na Virginia Wright Microelectronics Center. Nós reconhecemos os pesquisadores que fizeram contribuições para o dispositivo e os dados clínicos (Figuras 3 e 5 do presente documento), adquirida a partir do artigo publicado 10. W.-HY graças Yoshiaki Hattori para o, software de gravação de dados feito sob medida.

As experiências para a fabricação do dispositivo, laminação pele, caracterização e mostrado nas Figuras 1, 2, e 4, envolveu duas voluntários todos realizados no Laboratório Bio-nanoengineering interface da Universidade da Virgínia (VCU), Richmond, VA, EUA. Este estudo foi aprovado pelo Institutional Review Board VCU (número de protocolo: HM20001454) e seguiu as diretrizes de pesquisa da Human Research VCU. Os dados do aparelho e clínicas apresentadas nas Figuras 3 e 5 foram adquiridas a partir do artigo publicado em 10 de onde as experiências com pacientes foram conduzidos sob o protocolo (número: STU69718), aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade Northwestern, Chicago, IL, EUA. Fabrication 1. Dispositivo NOTA: A Figura 2 apresenta ilustrações esquemáticas para o processo global de fabrico. <ol><li> Preparar um substrato portador<ol><li> Cortar uma 3 em silício (Si) para a bolacha nua tamanho desejado da electrónica, utilizando uma lâmina de diamante. NOTA: Cerca de metade Si wafer dá um tamanho ideal para o dispositivo ferida. </li><li> Desengordurar bolacha de Si com acetona e álcool isopropílico (IPA). Lavar a bolacha com água desionizada (Dl) e, em seguida seca com azoto e desidratar numa placa de aquecimento a 110 ° C durante 3 min. </li><li> Preparar 11 g de polidimetilsiloxano (PDMS) com a mistura de 10: 1 razão em volume de base e agente de cura e desgaseificar a mistura numa câmara de vácuo durante uma hora. NOTA: PDMS é usado para uma recuperação padrão seco e transferir a impressão após a microfabricação, que é preferível para o produto químico molhado (acetona) abordagem baseada no estudo anterior 7. </li><li> Rotação revestimento 5 g de uma solução mista de PDMS na bolacha a 3000 rpm durante 1 min e curar completamente numa placa de aquecimento a 150 ° C durante 30 min. </li></ol></li><li> Materiais de Depósito e eletrônica padrão <ol><li> Tratar o PDMS-Coated bolacha com ultravioleta (UV) / ozono, utilizando uma lâmpada de UV (8,9 mW / cm2) durante 3 minutos para tornar a superfície hidrófila. NOTA: A superfície hidrofílica oferece revestimento uniforme de camadas adicionais sobre o PDMS. </li><li> Spincoat poliimida (PI; 2 mL) nas PDMS revestido da bolacha, por pipetagem, a 4.000 rpm durante 1 minuto para formar uma camada de 1,2 mícrons de espessura, pré-cozer numa placa de aquecimento a 150 ° C durante 5 min, e pós- cozer a 250 ° C durante 2 horas. </li><li> Depósito de crómio (Cr), para formar uma camada de 20 nm de espessura e, em seguida, depositar o cobre (Cu), para formar uma camada de 3 micrómetros de espessura usando o feixe de electrões (E-beam) evaporação (pressão de base: ~ 1 x 10 -7 Torr , a pressão de deposição: ~ 1 × 10 -6 Torr, taxa de deposição: 1-5 A / S). Monitorar a espessura da película por deposição a interface do controlador embutido no evaporador. NOTA: A espessa camada de Cu proporciona níveis suficientes de condutividade elétrica nas resistências em microescala do dispositivo e fina camada de Cré usado para promover a adesão entre a PI e Cu. </li><li> Spincoat um fotorresistente (2 ml) com três passos a 900 rpm durante 10 seg, 1.100 rpm, durante 60 s, e 4000 rpm durante 20 segundos e, em seguida, curar numa placa de aquecimento a 75 ° C durante 30 min. NOTA: As etapas sequenciais descritos acima foram utilizados para depositar uma espessa (&gt; 10 um) fotorresistente. </li><li> Alinhe Cu eletrônicos padrões (sensores; fractal projeto &#39;Peano&#39; com 35 mm de largura e interconexões; design de malha serpentina aberto com 50 mm de largura) no centro da lâmina de silício usando um alinhador UV (de energia: 10 mW / sec) com o tempo de exposição de 25 s. NOTA: As estruturas fractais são usados ​​para fornecer capacidade de estiramento mecânico superior, em comparação com apenas 14 sinuosos características. </li><li> Desenvolver o photoresist em um desenvolvedor de base diluída (1: 2 proporção de desenvolvedor e água DI) por um minuto, lave com água DI, e seca com azoto. Inspecione os padrões fractais (Cu e interconexões) usando um microescopo para confirmar o tamanho e característica encontrar quaisquer defeitos de partículas. NOTA: Se houver quaisquer defeitos indesejáveis, em seguida, retire photoresist por lavagem com água acetona / IPA / DI. Após a secagem com azoto, repita os passos a partir de 1.2.4 para 1.2.6. </li><li> Etch a camada de Cu sobre a bolacha de Si por imersão em um produto corrosivo de química húmida para ~ 6 min (10 ml; mistura de persulfato de amónio e água na proporção de 1: 4; taxa de 8 nm / seg etch em 40 ° C), enxaguamento com água DI, e seca com azoto. Inspecione os padrões usando um microscópio para quaisquer padrões sobre-gravados. NOTA: Se os padrões são sobre-gravado, ele pode causar arestas indesejadas dos recursos, o que poderia levar à fratura mecânica durante o manuseio do aparelho e processo de lavagem. Os resultados dos testes anteriores mostraram que mais de ~ 20% sobre-condicionamento dos padrões originais causou os problemas acima mencionados. </li><li> Etch a camada de Cr com gravação iónica reactiva (RIE; pressão: 300 mTorr, potência: 200 W, CF 4 gás: 5 sccm, O 2 gás: 10 sccm) por 5 min. Inspecione os padrões. NOTA: Para gravação da camada de Cr, o processo de RIE é preferível para molhar ataque químico que provoca a reacção desfavorável com a camada de Cu. </li><li> Remover o fotorresistente permaneceu sobre as camadas de metal por imersão a bolacha em acetona (10 ml), IPA (10 ml), e água desionizada (20 ml), respectivamente. Em seguida, seque-o com nitrogênio. </li><li> PI Spincoat (2 ml) no metal depositado da bolacha, por pipetagem, a 4000 rpm durante 1 minuto para formar uma camada de 1,2 mícrons de espessura, pré-cozer numa placa de aquecimento a 150 ° C durante 5 min, e pós-asse a 250 ° C durante 2 horas. </li><li> Spincoat um fotorresistente (2 ml) com três passos a 900 rpm durante 10 seg, 1.100 rpm, durante 60 s, e 4000 rpm durante 20 segundos e, em seguida, curar numa placa de aquecimento a 75 ° C durante 30 min. </li><li> Alinhe os padrões de PI para encapsular a eletrônica Cu (sensores, design fractal &#39;Peano&#39; com 35 mm de largura e interconexões; design de malha aberta com serpentina 250mm de largura) com os fractais e interconexões pré-definidos Cu usando um alinhador UV (de energia: 10 mW / seg) com tempo de exposição de 25 seg. </li><li> Desenvolver o photoresist com um desenvolvedor diluído (1: 2 proporção de desenvolvedor e água DI) por um minuto, lave com água DI, e seca com azoto. Inspecione os padrões usando um microscópio para confirmar a dimensão do traço e encontrar quaisquer defeitos de partículas. NOTA: Se houver quaisquer defeitos indesejáveis, em seguida, retire photoresist por lavagem com água acetona / IPA / DI. Após a secagem com azoto, repita os passos a partir de 1.2.10 a 1.2.13. </li><li> Etch a camada IP com RIE (pressão: 170 mTorr, potência: 150 W, O 2 gás: 20 sccm) durante 25 min. Inspecione os padrões. </li><li> Remover o fotorresistente manteve-se por imersão da bolacha em acetona (10 ml), IPA (10 ml), e água desionizada (20 ml), respectivamente. Em seguida, seque-o com nitrogênio. </li></ol></li><li> Prepara-se uma membrana elastomérica <ol><li> Prepara-se uma encapsulação 10 g de mistura de silicone (1:Proporção de 1 volume de base e agente de cura) e adicionar uma tinta preta 15 com uma relação de volume para um, que é o de facilitar as medições de controlo da variação da temperatura sobre a pele utilizando uma câmara de infravermelhos. NOTA: O silicone utilizado (borracha de encapsulamento claro) oferece características únicas de baixa viscosidade, claridade óptica, e isolamento elétrico / proteção para o dispositivo 16. </li><li> Spincoat 8 g da mistura numa placa de Petri a 150 rpm durante 1 minuto para formar um 500 mm de espessura de membrana elastomérica e cura à temperatura ambiente durante S / N. NOTA: O material tem de ser colocado sobre uma superfície plana para a espessura uniforme. </li><li> Cortar a membrana para o tamanho desejado de 70 mm x 30 mm, utilizando uma lâmina de barbear afiada suavemente e retirá-la da placa de Petri. </li></ol></li><li> Recuperar e transferir eletrônica <ol><li> Cortar uma fita solúvel em água (25 mm x 80 mm) e suavemente laminar para os padrões electrónicas fabricadas e colocá-los numa placa de aquecimento a 130 ° Cdurante 3 min. NOTA: elevação da temperatura a camada de PDMS expande na bolacha de Si para ajudar a dissociação dos padrões electrónicos a partir da superfície. </li><li> Retire a fita rapidamente do PDMS / Si wafer para recuperar os padrões eletrônicos. </li><li> Depositar uma espessura de 20 nm Cr (por aderência) seguido por um a 50 nm de espessura de dióxido de silício (SiO2) em padrões recuperados por evaporação por feixe de elétrons. </li><li> Tratar UV / ozono através da lâmpada de UV (365 nm, 8,9 mW / cm 2) sobre a membrana de silicone alvo durante 2 minutos para activar a superfície. </li><li> Transferir os padrões para a membrana de silicone, colocando os padrões obtidos na fita para o local desejado e uniformemente aumentando a pressão do lado de cima para baixo dos padrões no substrato. Aplicar água para dissolver a fita durante 5 min. NOTA: O processo descrito de transferência de materiais é facilitada através de ligação covalente (Si-O-Si) entre o dióxido de silício depositado e o substrato de silicone activado por UV 17 </sup&gt;. </li><li> Retire a fita, enxaguar com água desionizada, e seco numa placa de aquecimento a 90 ° C durante 1 min. </li></ol></li><li> Encapsular o dispositivo utilizando uma membrana de silicone <ol><li> Prepara-se uma encapsulação 10 g de mistura de silicone (1: 1 razão em volume de base e agente de cura). </li><li> Cubra as superfícies de contato do cabo com um pedaço PDMS rectangular (22 × 6 × 1 mm3) por van der Waals ligação com a membrana de silicone baixo para evitar silicone revestimento das almofadas. </li><li> Spincoat a 5 g de mistura de silicone a 4.000 rpm durante 1 minuto para formar uma camada de 5 mm de espessura sobre a electrónica e transferidos, em seguida, curar à temperatura ambiente durante S / N. </li></ol></li><li> Conecte um cabo de fita flexível para aquisição de dados <ol><li> Aplicar o fluxo de aço líquido (0,5 ml), por pipetagem, nas almofadas do conector durante 3 seg a tornar a superfície limpa. </li><li> Ligar um cabo de fita fino, flexível sobre os pontos de contacto com a pressão a alta temperatura (&gt; 60 ° C). A straightene cabelo típicor oferece fácil manuseio e colagem. NOTA: O micro-cabo película é preferível à solda-fio duro convencional para evitar qualquer fractura mecânica das membranas de metal transferidos sobre um silicone. </li><li> Verifique a conexão elétrica usando um multímetro digital. O valor da resistência é esperado inferior a 1 Ohm entre a almofada sensor com uma extremidade e a outra extremidade do cabo de película (distância de ~ 1 cm de distância). </li><li> Ligar a outra extremidade do cabo de fita para uma placa de circuito impresso personalizado com a mesma estratégia descrita no passo 1.6.2. </li><li> Verifique a conexão elétrica usando um multímetro digital. </li><li> Conecte o dispositivo com o hardware de aquisição de dados soldando fios convencionais no PCB. </li></ol></li></ol> 2. Testes clínicos <ol><li> Limpar o dispositivo utilizando uma solução desinfectante <ol><li> Preparar 205 g de uma solução desinfectante diluído (proporção de 40: 1 volume de água e solução). </li><li> Pulverizar osolução (10 g) no dispositivo e mergulhe-o por 10 min. NOTA: O líquido de limpeza desinfectante diluído pode ser armazenado à temperatura ambiente. </li><li> Enxágüe com água três vezes e seque-a com tecidos limpos. </li></ol></li><li> Configurar uma série de equipamentos para testes de dispositivo <ol><li> Preparar e ligar um amplificador lock-in com uma fonte de corrente, um multiplexer, e o software personalizado instalado em um computador portátil para gravação de dados. </li><li> Coloque uma câmera infravermelha em um tripé e se concentrar em um objeto de destino para a termografia como uma referência. </li><li> Configure os parâmetros do sistema de um amplificador lock-in para medir a condutividade térmica (freqüência: 1 e 3 Hz; constante de tempo: 3 e 1 seg; sensibilidade: 1 mV; reserva dinâmico: alta de reserva) e temperatura (freqüência: 997 Hz; tempo constante: 300 ms; sensibilidade: 2 mV; reserva dinâmico: baixo nível de ruído) com a corrente constante (2 mA aplicada). </li><li> Conectar dois dispositivos ferida, preparado por microfabricação e transferência de impressão e montado sobre ferida eSites contralateral, para o multiplexer direita antes de gravar dados de um paciente. </li></ol></li><li> Temperatura recorde e condutividade térmica NOTA: O software de aquisição de dados é feito por encomenda, que pode controlar remotamente o lock-in amplificador para monitoramento de dados em tempo real e poupança. Na medição de temperatura, cada ponto de dados é medida a cada 300 ms para 20 seg. O conjunto de dados para o primeiro 10 seg e 10 seg próxima são usados ​​para calcular o valor da temperatura média e desvio padrão, respectivamente. Os dados gravados são salvos como um arquivo de valores separados por vírgula, que é usado para traçar um gráfico para comparação com dados de termografia infravermelha. Na medição da condutividade térmica, os sinais são 3Ω lida directamente a partir do ecrã de hardware (amplificador), que é então utilizada para calcular a condutividade térmica analiticamente. <ol><li> Suavemente esfregue os locais de aplicação do dispositivo sobre a pele usando álcool anti-séptico toalhetes 10. </li><li> 2.3.2) laminado dois dispositivos sobre os locais da pele desejado pressionando suavemente o dispositivo à pele com os dedos para facilitar a ligação suave: um sobre o local da ferida cirúrgica e o outro na localização contralateral como referência. </li><li> Meça a tensão eléctrica (3Ω), relacionada com a condutividade térmica, do dispositivo, iniciando a aquisição de dados. </li><li> Avaliar os dados obtidos para verificar o contacto conformada do dispositivo para a pele; valor anormal (&lt;0,1 W / mK) mostra mau contacto do dispositivo. </li><li> Meça a resistência elétrica para determinar a distribuição da temperatura e gravar dados através do software personalizado. </li><li> Tome imagens ópticas e IV dos dois dispositivos na pele. </li><li> Comparar os valores de temperatura a partir das imagens IR com os dados gravados a partir do dispositivo ferida (2.3.5). Adicione os dois valores para separar colunas em uma planilha personalizada. </li></ol></li><li> Analisar os dados gravados <ol><li> Exportar os dados gravados para oMolde para calcular automaticamente a temperatura e a condutividade térmica a partir de uma matriz de sensores no dispositivo personalizado. </li><li> Determinar os dados (de temperatura e condutividade térmica de acordo com a localização do sensor na escala de tempo diferente para comparação) ao longo de um mês (quatro conjuntos de dados no dia 1, 3, 15, e 30). </li><li> Analisar os dados por comparação de uma série de temperatura e dados de condutividade térmica de acordo com o tempo; Valores com elevação súbita ou queda diga a mudança de fase de cicatrização de feridas e / ou anormalidade inesperado em sites de feridas. </li></ol></li></ol>

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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...

No estudo clínico e de investigação biomédica, monitorização de cicatrização da ferida tem-se centrado sobre um método invasivo, que se baseia na avaliação histológica de tecido de mudança morfológica em feridas 1,2. Recentemente, avanços rápidos em tecnologias eletrônicas permitirá o desenvolvimento de ferramentas de análise de imagem e de alta precisão que pode inspecionar visualmente o processo de cicatrização através de imagens digitais 3,4 ou microscopia confocal de varredura e espectroscopia de 4,5. No entanto, estas abordagens de imagem exigem custos elevados, instrumentos ópticos de complicados e operações, e mais importante, os pacientes necessitam ser imobilizada durante o teste. Portanto, existe uma necessidade de novos dispositivos e sistemas que são quantitativa, não invasivo, de fácil utilização, de baixo custo, e multifuncional para oferecer o tratamento de feridas mais precisa. Aqui, nós introduzir um sistema electrónico de pele-como que fornece preciso, mapeamento em tempo real de Condu temperatura e térmicasctivity e proporciona um nível preciso de aquecimento em locais ferida via conformada laminação do dispositivo de forma não invasiva. Este dispositivo apresenta uma classe de tecnologia, epidérmicas sistemas montados na pele eletrônicos que são projetados para corresponder às propriedades mecânicas e de material (espessura total, rigidez à flexão, módulos eficazes, e densidade de massa) da epiderme 6-9. O dispositivo foi projetado em um, à prova de água-biocompatível pele-friendly, e forma reutilizável que pode ser lavado e desinfetado para aplicações clínicas em pacientes 10. O dispositivo electrónico conformada montado perto dos tecidos da ferida capta a fase de inflamação (de um processo de cicatrização de feridas), causado pelo aumento do fluxo de sangue e reacções enzimáticas para a ferida 11,12, através de gravação quantitativa de temperatura 8 e condutividade térmica 13, correlacionada com a hidratação . Estudos experimentais e computacionais determinar um projeto ótimo mecânica para accommodComeram movimentos naturais e aplicado estirpes sem fractura mecânica e capturar a física subjacente do alongamento mecânico do sistema electrónico semelhante à da pele que laminados conformalmente na superfície da pele, que proporciona a aquisição dos sinais de alta fidelidade. Os protocolos descritos neste artigo apresentamos os métodos de microfabricação para sistemas eletrônicos de pele-like, testando preparação, incluindo a limpeza do dispositivo, a instalação do equipamento em um ambiente clínico, e aplicações clínicas para a monitorização quantitativa de temperatura e condutividade térmica em feridas cutâneas.

<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.

A Figura 1 apresenta uma visão geral das características do conformada, sistema eletrônico de pele semelhante, projetado para quantitativa, gestão de feridas cutâneas em pacientes. O dispositivo eletrônico multifuncional consiste em estruturas de microescala fractal 3,14 e serpentina filamentar traça 9,17 em uma fina membrana elastomérica que oferece capacidade de estiramento mecânico excepcional e bendability. O dispositivo compatível que é totalmente fechado por camada...

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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.

Fabricação e caracterização de um Sistema Eletrônico Conformal-pele como para a gestão quantitativa, Ferida Cutânea

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 visualizações.  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.

Microinjeção Ferida Ensaio e<em&gt; In vivo</em&gt; Localização de Epidermal Wound resposta Jornalistas em<em&gt; Drosophila</em&gt; Os embriões.

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 ...

Bioengenharia

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.

Fabricação microfluida de fibras poliméricas e biohibridas com tamanho e forma predesigned

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.

Plataforma microfluídico com multiplexada detecção electrónica do Ordenamento do Rastreamento de Partículas

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.

Um método de fabricação simples e escalável para dispositivos eletrônicos orgânicos sobre os têxteis

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.

Fabricação e validação de um sistema de órgãos-em-microplaqueta com eléctrodos integrados para quantificar diretamente a resistência elétrica de Transendothelial

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.

Fabricação e caracterização de andaimes de fibra Griffithsin-modificado para a prevenção de doenças sexualmente transmissíveis

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.

Grande área varredura sonda Nanolitografia facilitada pelo alinhamento automatizado e sua aplicação para fabricação de substrato para estudos de cultura celular

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.

Fabricação e caracterização de espectros ópticos de tecido contendo Macrostructure

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.

Deteção da endotoxina em Nano-formulações usando Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) ensaios

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.

Litografia de feixe de íons focada para etch nano-arquiteturas em microeletrodos

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