Name: polymeric microneedle array fabrication by photolithography
Uploaded: 2015-11-17T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 15 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography at JoVE.com

This study was supported by a Singapore National Research Foundation (NRF) Grant NRF2012NRF-POC001-043.

1. photomask Fabrikasyon <ol><li> Kuvars tankı içine daldırma ile 120 ° C &#39;de 20 dakika süre ile: pirana çözeltisi ile 4 &quot;cam levhanın (1 oranında H 2 2 SO 4 / H2O 2) temizleyin. </li><li> Krom / Altın tabakası (Cr 30 nm Au / 1 mikron) bir e-ışın evaporatör 7 (Şekil 1A) kullanılarak cam gofret katman bırakın. <ol><li> Bir e-ışın evaporatörde gofret yerleştirin. Vakum 5 x 10 -6 Torr&#39;a ulaştığında, yüksek gerilim kaynağı (10 kV) açın. Monitörün kontrol paneli tarafından kalınlığını kontrol edin. </li><li> E-ışın tabancası kullanarak 30 saniye, (gofret üzerinde birikimi önlemek amacıyla) çekim &quot;KAPALI&quot; tutmak için her malzemenin ön temiz. </li></ol></li><li> Cam derin ıslak aşındırma için Cr / Au fotorezist maskeleme katmanı oluşturun. <ol><li> Bir eğirme-sprey kaplayıcı sistemi kullanılarak 3000 rpm&#39;de 30 saniye için çözelti 5 ml eğirme ile 2 mikron kalınlığında ışığa uygulanır.1.5 dakika boyunca 100 ° C&#39;de bir sıcak plaka üzerinde ışığa Önceden fırınlanmış patates. </li><li> Açığa ve sert bir sıcak plaka üzerinde 30 dakika boyunca 120 ° C &#39;de fırında ışığa. Bu hidrofobik bir yüzey ve metal tabakaya fotorezist güçlü bir yapışma oluşturmak için önemlidir. Desen fotorezist yoluyla Cr ve Au dağlayıcılar kullanarak Cr / Au tabakası 8,9 maskesi. </li></ol></li><li> Un desenli cam yüzeyin korunması için, geçici bir kukla silikon cam gofret bağ. 9 <ol><li> 110 ° C&#39;de bir sıcak plaka üzerinde cam levhanın yerleştirilir ve (ince bisküvinin tüm yüzeyi balmumu ile kaplanır öyle bir şekilde) cam levhanın karşı tarafında mumunun erime. </li><li> Cam gofret ile temas halinde bir kukla silikon gofret yerleştirin ve aşırı balmumu kaldırmak için düğmesine basın. Balmumu dökülmemesi için, bir sıcak plaka üzerindeki bir temiz oda kağıt mendil yerleştirin. </li></ol></li><li> Optimize hidroflorik asit kullanılarak lens izotropik aşındırma işlemini gerçekleştir (49% h / h). 8.5 için bir manyetik karıştırıcı ile en az HCl 10 varlığı üretilen lenslerin iyi bir yüzey kalitesi elde etmek çok önemlidir: (1 10 hacim oranında) ve hidroklorik asit (% 37 v / v) çözeltisi eklendi. <ol><li> Aşındırma oranı 7 mm / dk olduğundan emin olun; dağlama çözeltisi 200 ml toplam hacim kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Plastik bir kap içinde aşındırma gerçekleştirin ve bu işlem adımı için güvenlik önlemi almak. </li><li> Durulama ve oda sıcaklığında ek kurutma ile, iyonu giderilmiş (Di) su içinde gofret temizleyin. </li></ol></li><li> Işlem tamamlandıktan sonra, yapay silikon gofret cam levhanın ayrılması ve 15 saniye boyunca 100 ° C&#39;de bir sıcak plaka kullanılarak balmumu ısıtın. Balmumu bu sıcaklıkta erir gibi, kukla silikon gofret cam gofret ayırın. </li><li> Bir ultrasonik tankında 80 ° C de çözücü olarak N-metil-2-pirolidon ile 1 saat süre ile ultrasonikasyon kullanılarak mercekler kenarlarında kalan mumu, ışığa ve çıkıntılı Cr / Au katmanları çıkarın.</li><li> PHOTOMASKS 11 fabrikasyon mikromercekten bir PDMS kalıp çoğaltması oluşturun. </li><li> Sırasıyla, bir tarama elektron mikroskobu ve stereomikroskop kullanılarak kopyalarından Işık maskesi boyutları (uzunluk ve genişlik) ve mikro lensler PDMS kalıp (derinlik ve çap) karakterize eder. 12-14 </li></ol> 2. MN Miller Fabrikasyon <ol><li> Bir camın her iki tarafında monte edilmiş cam slaytlar kullanılarak 0,9 cm x 2,5 cm bir boşluk oluşturur. Iki tarafında yığılmış cam slaytlar sayısı boşluk kalınlığı (Şekil 1B) olarak bilinen boşluğun yüksekliği belirler. </li><li> Üzerine / 2-hidroksi-2-metil-propiofenon (w HMP)% 0.5 w ile poli (etilen glikol) diakrilat (PEGDA, molekül ağırlığı = 258 Da) ihtiva eden ön-polimer solüsyonu ince bir tabaka uygulanarak cam slayt her tabakası elde edin 2 sn yüksek yoğunluklu ultraviyole kurmak (UV) ışık radyasyonu takiben cam slayt. </li><li> Photoma yerleştirinsk boşluğun iç tarafına bakan Cr / Au kaplanmış yüzeyler ile (daha önce imal edilmiş). Kavite duvarlarının kenarları photomask gömülü lensler engellemeyecek olmadığından emin olun. </li><li> Cr / Au kaplı yüzey herhangi bir görünür kabarcığı olmadan çözümü ile temas edene kadar ön-polimer çözeltisi ile boşluğu doldurun. </li><li> 320-500 nm UV filtresi aralığı UV istasyonu kullanılarak UV kaynağından 3,5 cm bir mesafede 1 saniye boyunca arzu edilen bir yoğunluk, yüksek yoğunlukta UV ışığı ile setup ışın tedavisi. UV ışığı prob ile bir collimating adaptörü kullanın. </li><li> Bir radiometer kullanılarak kullanılan UV ışığın yoğunluğunu ölçün. </li><li> UV maruziyeti takiben, MNS dizi photomask çıkarın. Yeniden kullanmak için orijinal kabına geri süreçte polimerize olmayan aşırı prepolimer solüsyonu dökün. </li><li> Üreticinin talimatlarına göre bir stereomikroskop kullanılarak MN&#39;ye uzunluğu ve uç çapı ölçmek. </li></ol><pclass = &quot;jove_title&quot;&gt; 3. MN Taşıyıcı Tabaka İmalat <ol><li> Şekil 1C&#39;de gösterildiği gibi, forseps ile bir 24-çukurlu plaka içinde bir kuyu photomask üzerine takıldıktan MN&#39;ye (daha önce imal edilmiş) yerleştirin. </li><li> Iğneler istenen yüksekliğe batık kadar kuyuya prepolimer solüsyonu - (400 ul 300) Belirtilen hacim ekleyin. Bu hacim, sonuçta meydana gelen, destek tabakasının kalınlığını belirler. </li><li> 10,5 cm uzakta 1 saniyelik bir süre için UV kaynağının yüksek yoğunluklu UV ışığı (15.1 W / cm2) ile kurulumu ışın tedavisi. </li><li> Keskin bir bıçak kullanarak photomask gelen MN dizisinde arka tabakası ayırın. </li><li> Üreticinin talimatlarına göre bir stereomikroskop kullanılarak arka tabaka ile MN&#39;ye uzunluğu, uç çapı ve taban çapı ölçmek. </li></ol>

<ol>
	<li>Zhou, C. P., Liu, Y. L., Wang, H. L., Zhang, P. X., Zhang, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transdermal+delivery+of+insulin+using+microneedle+rollers+in+vivo.">Transdermal delivery of insulin using microneedle rollers in vivo.</a> International journal of pharmaceutics. 392, 127-133 (2010).</li><li>Lee, J. W., Choi, S. O., Felner, E. I., Prausnitz, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dissolving+microneedle+patch+for+transdermal+delivery+of+human+growth+hormone.">Dissolving microneedle patch for transdermal delivery of human growth hormone.</a> Small. 7, 531-539 (2011).</li><li>Raphael, A. P., 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=needle-free+vaccinations+in+skin+using+multi+layered,+densely-packed+dissolving+microprojection+arrays.">needle-free vaccinations in skin using multi layered, densely-packed dissolving microprojection arrays.</a> Small. 6, 1785-1793 (2010).</li><li>Lee, J. W., Han, M. R., Park, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer+microneedles+for+transdermal+drug+delivery.">Polymer microneedles for transdermal drug delivery.</a> Journal of drug targeting. 21, 211-223 (2012).</li><li>Kochhar, J. S., Goh, W. J., Chan, S. Y., Kang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+method+of+microneedle+array+fabrication+for+transdermal+drug+delivery.">A simple method of microneedle array fabrication for transdermal drug delivery.</a> Drug development and industrial pharmacy. 39, 299-309 (2013).</li><li>Kochhar, J. S., Zou, S., Chan, S. Y., Kang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+encapsulation+in+polymeric+microneedles+by+photolithography.">Protein encapsulation in polymeric microneedles by photolithography.</a> International journal of nanomedicine. 7, 3143-3154 (2012).</li><li>Tay, F. E. H., Iliescu, C., Jing, J., Miao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defect-free+wet+etching+through+pyrex+glass+using+Cr/Au+mask.">Defect-free wet etching through pyrex glass using Cr/Au mask.</a> Microsystem Technologies. 12, 935-939 (2006).</li><li>Iliescu, C., Chen, B., Miao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+wet+etching+of+Pyrex+glass.">On the wet etching of Pyrex glass.</a> Sensors and Actuators, A: Physical. 143, 154-161 (2008).</li><li>Iliescu, C., Taylor, H., Avram, M., Miao, J., Franssila, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+practical+guide+for+the+fabrication+of+microfluidic+devices+using+glass+and+silicon.">A practical guide for the fabrication of microfluidic devices using glass and silicon.</a> Biomicrofluidics. 6, 16505-16516 (2012).</li><li>Iliescu, C., Jing, J., Tay, F. E. H., Miao, J., Sun, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+masking+layers+for+deep+wet+etching+of+glass+in+an+improved+HF/HCl+solution.">Characterization of masking layers for deep wet etching of glass in an improved HF/HCl solution.</a> Surface and Coatings Technology. 198, 314-318 (2005).</li><li>Pan, 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+a+3D+hair+follicle-like+hydrogel+by+soft+lithography.">Fabrication of a 3D hair follicle-like hydrogel by soft lithography.</a> Journal of biomedical materials research. Part A. 101, 3159-3169 (2013).</li><li>Jay, T. R., Stern, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preshaping+photoresist+for+refractive+microlens+fabrication.">Preshaping photoresist for refractive microlens fabrication.</a> P Soc Photo-Opt Ins. 1992, 275-282 (1993).</li><li>Friedman, G. B., Sandhu, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Longitudinal+Spherical+Aberration+of+a+Thin+Lens.">Longitudinal Spherical Aberration of a Thin Lens.</a> Am J Phys. 35, 628 (1967).</li><li>Xu, Q. A., Li, J., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Collimated+the+laser+diode+beam+by+the+focus+lens.">Collimated the laser diode beam by the focus lens.</a> Semiconductor Lasers and Applications IV. 7844, (2010).</li><li>Lin, T. W., Chen, C. F., Yang, J. J., Liao, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+dual-directional+light-control+film+with+a+high-sag+and+high-asymmetrical-shape+microlens+array+fabricated+by+a+UV+imprinting+process.">A dual-directional light-control film with a high-sag and high-asymmetrical-shape microlens array fabricated by a UV imprinting process.</a> J Micromech Microeng. 18, (2008).</li><li>Dunne, S. M., Millar, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+distance+from+curing+light+tip+to+restoration+surface+on+depth+of+cure+of+composite+resin.">Effect of distance from curing light tip to restoration surface on depth of cure of composite resin.</a> Prim Dent Care. 15, 147-152 (2008).</li><li>Kochhar, J. 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=Microneedle+integrated+transdermal+patch+for+fast+onset+and+sustained+delivery+of+lidocaine.">Microneedle integrated transdermal patch for fast onset and sustained delivery of lidocaine.</a> Molecular pharmaceutics. 10, 4272-4280 (2013).</li><li>Kochhar, J. 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=Direct+microneedle+array+fabrication+off+a+photomask+to+deliver+collagen+through+skin.">Direct microneedle array fabrication off a photomask to deliver collagen through skin.</a> Pharmaceutical research. 31, 1724-1734 (2014).</li></ol>

The authors declare no conflict of Interest.

MNS dizinin imalatı için yukarıda açıklanan protokol ~ 1 cm 2 MNS dizi imal sunulmuştur. Diziler, büyük boy boşluğu yaratarak ve daha geniş photomask kullanılarak büyütülüyor olabilir. Artan kavite boyutu, her iki tarafta aralama arasındaki genişliğini arttırmak sureti ile oluşturulabilir. Protokolde MN dizileri imal etmek her adım önemli olmasına rağmen, en önemli adımları vardı: kurulum photomask konumlandırma, prepolimer çözeltisinin doldurulması ve ışınlama. Photomask Konumlandırma Cr / Au kaplı yüzeyler photomask gömülü lensler belirsiz boşluğun iç ve kavite duvarları tarafı yüzü şekilde olmalıdır. Prepolimer solüsyonu ile kalıp doldururken, aksi takdirde bir deforme ve düşük mukavemetli MN dizisine yol açabilir kabarcıklar hapsedilmiş olmadığını hava olun. Hava kabarcıkları yavaş yavaş prepolyme ekleyerek kontrollü fitilleme eylemle önlenebilirr çözümü ve ön-polimer çözeltisi içinde bulunan hava kabarcıkları vardır sağlanması. Işınlanması için kurulum Konumlandırma üniforma UV pozlama sağlamak için bir güdümlü bir şekilde yapılmalıdır. UV ışığına maruz kalma öncesinde, kurulum hizalanmış ve taban standında sınır içinde bıraktı. Mercek düzlemsel photomask kullanılarak oluşturulan silindirik MN&#39;ye karşılaştırıldığında keskin MNS oluşumuna yol açan bir birleşik yolu, polimerizasyon sonuçlandı olarak fotolitografi kullanılarak oluşturulan MNS ölçüde mikro lens varlığı etkilenmiştir. Düzlemsel photomask olarak, UV ışığı daha az keskin uçları ile silindirik MNS oluşumuyla sonuçlanan (neredeyse düz) küçük bir sapma ile içinden geçer. Mikrolens gömülü photomask iken, lensler geçerek UV ışık kırılmasını uygulandı ve keskin uçlu MNS oluşumu ile sonuçlanır, yaklaşmıştır. Bir predicti olarak kullanılır olmuştur objektif üreticisinin denklemiMikrolenslerden odak uzunluğuna sahip ilişkilendirerek MN uzunluğunu yaklaştığı modeli gerçek üç kat daha uzunlukta bir tahmin verdi A.Ş.. Tutarsızlık geleneksel dışbükey lens gibi ışık kırılma izin vermedi Mikrolenslerden, düzleştirilmiş dışbükey yüzeyine bağlı olabilir. 13 MN geometri için diğer faktör UV ışık yoğunluğu oldu. Bu yoğunluk üretilen iğneler deri uygulamaları için yeterli mekanik mukavemete sahip olduğundan 6,44 W / cm2 yoğunlukta seçildi. Yoğunluğu ile ilgili bir diğer bulgu, UV yoğunluğu her artış ile, MN uzunluğu artar oldu. Bu ışık ışınlarının bazı odak noktasının ötesinde seyahat izin Mikrolenslerden düz üst, isnat edilebilir. 14,15 Ayrıca, polimerizasyon derecesi ışığın ters-kare hukuka bağlı, onun sınırı vardır, yani ışık uzakta mesafe olarak enerji kaybederKaynak artışlarından. 16 Burada anlatılan protokoller kısa bir süre içinde kalıp serbest üretim avantajı var. Ama biz bunun toplu üretim için daha alınabilir ne kadar tahmin edilemez. MNS diziler düşük maliyetli bir biyo-uyumlu bir polimerden yapılmıştır. Potansiyel ilaç ve kozmetik uygulamaları için deri altına ilaç gönderim cihazı olarak kullanılabilir. Terapötik bileşikler, MN&#39;ye imalatı esnasında (karıştırma veya ön-polimer çözeltisi içinde çözündürülmesi yoluyla) kapsüllenmiş edilebilir Daha ilginç, bu iletim sisteminin ve cihazın bir kombinasyonu olarak kullanılabilmektedir. 5,6,17 ilave bileşiğin çözünürlüğünü ön-polimer çözeltisi, örneğin MN özelliklerine olarak dikkate alınmalıdır içinde MN gücü, değişebilir. 17

Transdermal ilaç verme, özellikle neredeyse sadece deri altı enjeksiyon ile tatbik edilmektedir biyomoleküllerin için, ilaç uygulaması için çekici bir alternatif bir yaklaşım sunmaktadır. Ancak, deri, özellikle üst katman (stratum korneum), insan vücudu girmesini eksojen molekülleri önleyen zorlu bir engeldir. Son zamanlarda, MN cihazlar deri yoluyla ilaç teslim araçları sağlayan olarak ortaya çıkmıştır. MN cihazları ilaç moleküllerinin geçişi geliştirilmiş hasta uyumu ve rahatlığı 1-3 istenen fizyolojik aktiviteye ulaşması için stratum corneum içindeki geçici gözenekler oluşturur. Çeşitli üretim yöntemleri polimerik MN&#39;ye 4 üretilmesinde kabul edilmiştir. Ancak, bunlar genellikle MNS diziler imal etmek uzun süreleri ve / veya yüksek sıcaklık gerektiren karmaşık ve birden fazla adım süreçlerini içerir. 4, tek bir adım kalıp serbest bir süreç kullanarak üretim sürecini basitleştirmek içinBir photomask geçenlerde 5,6 geliştirildi. Ancak, bu yöntem ile, bir mekanizma fotolitografi katılan ultraviyole (UV) ışık yolunu değiştirmek için yerinde olduğu gibi MNS, künt iğne ipuçları vardı fabrikasyon. Bu çalışmada, photomask gömülü mikro lensler MN&#39;ye geometrisini tanımlamak için önerilmiştir. Protokol, fotoğraf maskeleri gömülü mikromercekten oluşan ve sonradan photomask kullanarak keskin uçları bildirildi ile imalat MN imal.

<table><tbody><tr><td>Poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA Mn=258)</td><td>SIGMA&amp;nbsp;</td><td>475629-500ML</td><td></td></tr><tr><td>2-hydroxy-2-methyl-propiophenone (HMP)</td><td>SIGMA&amp;nbsp;</td><td>405655-50ML</td><td></td></tr><tr><td>Bovine collagen type 1, FITC conjugate&amp;nbsp;</td><td>SIGMA&amp;nbsp;</td><td>C4361</td><td></td></tr><tr><td>UV curing station&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td><td>EXFO Photonic Solutions Inc., Canada</td><td>OmniCure S2000-XL</td><td></td></tr><tr><td>Collimating Adaptor&amp;nbsp;</td><td>EXFO Photonic Solutions Inc., Canada</td><td>EXFO 810-00042</td><td></td></tr><tr><td>24-well plate</td><td>Thermo Fisher Scientific, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nikon SMZ 1500 stereomicroscope&amp;nbsp;</td><td>Nikon, Japan</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dillon GL-500 digital force gauge&amp;nbsp;</td><td>Dillon, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>A-1R confocal microscope&amp;nbsp;</td><td>Nikon, Japan</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

polymeric microneedle array fabrication by photolithography

Bu yazının fotolitografiyle polimerik mikroiğne (MN) diziler yapımını anlatır. Bu gömülü mikro lens oluşan bir fotomaske kullanarak basit bir kalıp serbest bir süreç gerektirir. Gömülü mikro lensler MN geometri (keskinlik) etkilediği bulunmuştur. Fabrikasyon iki farklı uzunlukta (1.336 mikron ± 193 um ve mikron ± 171 mikron 957) ile, um 13.7 ± 8.4 um ± mikron 41.5 ile 71.6 arasında değişen uç çapları Sağlam MN diziler. Bu MN diziler deri yoluyla düşük molekül ve makromolekül terapötik maddelerin ulaştırılmasında potansiyel uygulamaları sağlayabilir.

MNS geometrisi anlamlı photomask özellikleri ve gömülü Mikrolenslerden etkilenebilir. Kırılma derecesi MN geometrisini (Şekil 2A) etkisinde UV ışınları, iletim yolu etkilemektedir. Her mikrolens 350 um bir çapa sahip olduğu bulunmuştur, bir 130 um konveks yüzeye düzleştirilmiş ve 62,3 um derinliği (Şekil 2B-D). Pisagor teoreminin kullanarak, birinci yüzeyin eğrilik yarıçapı 272.89 um olduğu bulunmuştur. Odak uzaklığı 509,28 um olarak hesaplanmıştır (düşünüyor n cam = 1,53627; n hava = 1.000; λ = 365 nm) lens üreticisi denklemi 12 üzerinden aşağıda belirtildiği gibi: 1 / f = (n 1 / n m-1) * (1 / r 1 -1 / r 2) N, 1, lens materyalinin refraktif indeksi, n m çevre ortamın kırılma indeksi olduğu, burada R hidrojendir, 1 radbirinci yüzeyin eğriliğine, ve r 2 IUS ikinci yüzeyinin eğrilik yarıçapı. MN uzunluğu, netlik ve yapısal deformasyon UV yoğunluğu etkisi sabit odak uzaklığı ve ışık kaynağı mesafede 15.1 W / cm2 kadar 3.14 UV ışığın yoğunluğunu değiştirerek tarafından incelenmiştir. Bu ortalama MN uzunluğu anlamlı 3.14 den 9.58 W / cm2 (Şekil 3A) artan şiddette (p &lt;0.05) arttığı tespit edilmiştir. 15,1 W / cm2 kadar yoğunluğu daha fazla arttırılması uzunluğunda belirgin bir değişiklik yoktu. Uç çapı (netlik ölçüsü) ve MN ucu yapısı yoğunluğu artar (Şekil 3B) ile değiştiği bulunmuştur. Herhangi bir yapısal deformasyon düzenli şekilli olan ve olmayan MNS 6,4 W / cm2 gözlenmiştir. Arka tabaka, bir yama biçiminde MN çıkarılmasını sağlamak için imal edilmiştirve photomask yeniden kullanılabilir hale getirmek için. Aynı zamanda MN milleri gücü sağladı. Bu nedenle, arka tabaka hacmi (arka tabaka oluşturmak için ön-polimer çözeltilerinin hacim) etkisi de araştırılmıştır. Etkilenmemiş uç çapları, uzunluk (1336 300 ul için ± 193 mikron ve 400 ul için 957 ± 171 mikron) bir dizi mns UV ışınlarına maruz kalma (Şekil 4) sonrasında gözlendi. <img alt="figür 1" src="/files/ftp_upload/52914/52914fig1highres.jpg" width="700" /> Photomask gömülü lenslerin üretim sürecinin Şekil 1. (A) şematik gösterimi. (1) 4 &quot;cam gofret. (2) Cr / Au katmanı bir e-ışın buharlaştırıcı kullanılarak yatırılır. Photomask UV ışığına Cr / Au / Fotorezist maskeleme tabakası (3) Poz. Cr / Au pürüzlendirici kullanılarak tabakası üzerindeki patern (4) oluşturulması. Bir kukla silikon yonga üzerindeki cam (5) Geçici yapıştırma. (6) - (7) Ultrasonication ardından HF / HCl dağlayıcılar kullanarak Islak aşındırma (izotropik) süreci. Sahte silikon ve ışığa dirençli tabakanın çıkarılması (8) Bağ açıcı. (B) iğnelerin imalatı işleminin şematik temsili. Krom kaplama Işık maskesi (9 x 9 dizileri), pre-polimer çözeltisi ihtiva eden bir oyuk üzerine yerleştirilir ve UV maruz kalmaktadır. (C), destek tabakasının imalat işleminin şematik bir temsilidir. Photomask, ekli microneedles ile yerleştirilir iyi ön polimer ile doldurulur ve UV maruz. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52914/52914fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 2," src="/files/ftp_upload/52914/52914fig2highres.jpg" width="450" /> Photomask Şekil 2. Karakterizasyonu. (A) UV ışınlarına maruz kalma, bir conica içine ışık odaklanır<html> Konik MN&#39;ye üretiminde l yolu. (B) ve (C) Mikrolenslerden bir SEM görüntüsü. (D) bir stereo mikroskop altında düzleştirilmiş dışbükey yüzeyini gösteren mikromercekten kopyalanan PDMS kalıp kopyaları bir dizinin bir bölümü. (E) desenini gösteren bir photomask. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52914/52914fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/52914/52914fig3highres.jpg" width="450" /> Mikroiğne geometri üzerine UV parametrelerinin Şekil 3. Etkisi. (A) yoğunluğu ve mikroiğne uzunluğu (B) boşluk kalınlığı Etkisi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52914/52914fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Her zaman &quot;&gt;:&quot; keep-together.within-sayfa = fo &quot;çadır <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/52914/52914fig4highres.jpg" width="700" /> Arka tabakası imalatı için kullanılan çeşitli pre-polimer hacminin Şekil 4. Etkisi. (A - B) Kısa (957 mikron) ve uzun (1336 mm) MN&#39;ye için ortalama MN uzunluğu ile çeşitli ses seviyesinde görüntüleri. Kırık kuvvet test sonrası (AB) tekabül - (C D) Görüntüler. (E) destek tabakası imalatı için kullanılan hacmindeki artış ile MN uzunluğu azaltın. Destek katmanı (BL) imal etmek için kullanılan iki pre-polimer hacimleri karşısında (F) MN kırık kuvveti. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52914/52914fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography at JoVE.com

Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography

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

Fotolitografiyle polimerik Microneedle Dizi Fabrikasyon

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

polymeric-microneedle-array-fabrication-by-photolithography

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

12.0K Görüntüleme.  National University of Singapore. Here, we present a protocol describing a mold-free fabrication process of the polymeric microneedles by photolithography. 

Video: Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography

Micropunching Lithography for Generating Micro- and Submicron-patterns on Polymer Substrates

Conducting polymers have attracted great attention since the discovery of high conductivity in doped polyacetylene in 19771. They offer the advantages of low weight, easy tailoring of properties and a wide spectrum of applications2,3. Due to sensitivity of conducting polymers to environmental conditions (e.g., air, oxygen, moisture, high temperature and chemical solutions), lithographic techniques present significant technical challenges when working with these materials4. For example, current photolithographic methods, such as ultra-violet (UV), are unsuitable for patterning the conducting polymers due to the involvement of wet and/or dry etching processes in these methods. In addition, current micro/nanosystems mainly have a planar form5,6. One layer of structures is built on the top surfaces of another layer of fabricated features. Multiple layers of these structures are stacked together to form numerous devices on a common substrate. The sidewall surfaces of the microstructures have not been used in constructing devices. On the other hand, sidewall patterns could be used, for example, to build 3-D circuits, modify fluidic channels and direct horizontal growth of nanowires and nanotubes.
A macropunching method has been applied in the manufacturing industry to create macropatterns in a sheet metal for over a hundred years. Motivated by this approach, we have developed a micropunching lithography method (MPL) to overcome the obstacles of patterning conducting polymers and generating sidewall patterns. Like the macropunching method, the MPL also includes two operations (Fig. 1): (i) cutting; and (ii) drawing. The "cutting" operation was applied to pattern three conducting polymers4, polypyrrole (PPy), Poly(3,4-ethylenedioxythiophen)-poly(4-styrenesulphonate) (PEDOT) and polyaniline (PANI). It was also employed to create Al microstructures7. The fabricated microstructures of conducting polymers have been used as humidity8, chemical8, and glucose sensors9. Combined microstructures of Al and conducting polymers have been employed to fabricate capacitors and various heterojunctions9,10,11. The "cutting" operation was also applied to generate submicron-patterns, such as 100- and 500-nm-wide PPy lines as well as 100-nm-wide Au wires. The "drawing" operation was employed for two applications: (i) produce Au sidewall patterns on high density polyethylene (HDPE) channels which could be used for building 3D microsystems12,13,14, and (ii) fabricate polydimethylsiloxane (PDMS) micropillars on HDPE substrates to increase the contact angle of the channel15.

A micropunching lithography approach is developed to generate micro- and submicron-patterns on top, sidewall and bottom surfaces of polymer substrates. It overcomes the obstacles of patterning conducting polymers and generating sidewall patterns. This method allows rapid fabrication of multiple features and is free of aggressive chemistry.

Mikro ve mikron altı-desen Polimer yüzeyler üzerine oluşturuluyor için Litografi Micropunching

Conducting polymers have attracted great attention since the discovery of high conductivity in doped polyacetylene in 19771. They offer the advantages of ...

Mühendislik

Fabrication of Micropatterned Hydrogels for Neural Culture Systems using Dynamic Mask Projection Photolithography

Increasingly, patterned cell culture environments are becoming a relevant technique to study cellular characteristics, and many researchers believe in the need for 3D environments to represent in vitro experiments which better mimic in vivo qualities 1-3. Studies in fields such as cancer research 4, neural engineering 5, cardiac physiology 6, and cell-matrix interaction7,8have shown cell behavior differs substantially between traditional monolayer cultures and 3D constructs.
Hydrogels are used as 3D environments because of their variety, versatility and ability to tailor molecular composition through functionalization 9-12. Numerous techniques exist for creation of constructs as cell-supportive matrices, including electrospinning13, elastomer stamps14, inkjet printing15, additive photopatterning16, static photomask projection-lithography17, and dynamic mask microstereolithography18. Unfortunately, these methods involve multiple production steps and/or equipment not readily adaptable to conventional cell and tissue culture methods. The technique employed in this protocol adapts the latter two methods, using a digital micromirror device (DMD) to create dynamic photomasks for crosslinking geometrically specific poly-(ethylene glycol) (PEG) hydrogels, induced through UV initiated free radical polymerization. The resulting "2.5D" structures provide a constrained 3D environment for neural growth. We employ a dual-hydrogel approach, where PEG serves as a cell-restrictive region supplying structure to an otherwise shapeless but cell-permissive self-assembling gel made from either Puramatrix or agarose. The process is a quick simple one step fabrication which is highly reproducible and easily adapted for use with conventional cell culture methods and substrates.
Whole tissue explants, such as embryonic dorsal root ganglia (DRG), can be incorporated into the dual hydrogel constructs for experimental assays such as neurite outgrowth. Additionally, dissociated cells can be encapsulated in the photocrosslinkable or self polymerizing hydrogel, or selectively adhered to the permeable support membrane using cell-restrictive photopatterning. Using the DMD, we created hydrogel constructs up to ~1mm thick, but thin film (&lt;200 &mu;m) PEG structures were limited by oxygen quenching of the free radical polymerization reaction. We subsequently developed a technique utilizing a layer of oil above the polymerization liquid which allowed thin PEG structure polymerization.
In this protocol, we describe the expeditious creation of 3D hydrogel systems for production of microfabricated neural cell and tissue cultures. The dual hydrogel constructs demonstrated herein represent versatile in vitro models that may prove useful for studies in neuroscience involving cell survival, migration, and/or neurite growth and guidance. Moreover, as the protocol can work for many types of hydrogels and cells, the potential applications are both varied and vast.

Simple techniques are described for the rapid production of microfabricated neural culture systems using a digital micromirror device for dynamic mask projection lithography on regular cell culture substrates. These culture systems may be more representative of natural biological architecture, and the techniques described could be adapted for numerous applications.

Dinamik Maske Projeksiyon Fotolitografi kullanarak Sinir Kültür Sistemleri Micropatterned Hidrojeller Fabrikasyon

Increasingly, patterned cell culture environments are becoming a relevant technique to study cellular characteristics, and many researchers believe in the ...

Biyomühendislik

Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a combinatorial library of materials to be screened in a parallel, high throughput format1. Herein is described the formation and characterization of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique 2. This involves mixing monomers at varied ratios to produce a library of monomer solutions, transferring the solution to a glass slide format using a robotic printing device and curing with UV irradiation. This format is readily amenable to many biological assays, including stem cell attachment and proliferation, cell sorting and low bacterial adhesion, allowing the ready identification of 'hit' materials that fulfill a specific biological criterion3-5. Furthermore, the use of high throughput surface characterization (HTSC) allows the biological performance to be correlated with physio-chemical properties, hence elucidating the biological-material interaction6. HTSC makes use of water contact angle (WCA) measurements, atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). In particular, ToF-SIMS provides a chemically rich analysis of the sample that can be used to correlate the cell response with a molecular moiety. In some cases, the biological performance can be predicted from the ToF-SIMS spectra, demonstrating the chemical dependence of a biological-material interaction, and informing the development of hit materials5,3.

A description of the formation of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique. The high throughput surface characterization using atomic force microscopy, water contact angle measurements, X-ray photoelectron spectroscopy and time of flight secondary ion mass spectrometry and a cell attachment assay is also described.

Biyomalzemelerin Yüksek Verimli Discovery için Polimer Mikroarray&#39;ler

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a ...

Prescribed 3-D Direct Writing of Suspended Micron/Sub-micron Scale Fiber Structures via a Robotic Dispensing System

A 3-axis dispensing system is utilized to control the initiating and terminating fiber positions and trajectory via the dispensing software. The polymer fiber length and orientation is defined by the spatial positioning of the dispensing system 3-axis stages. The fiber diameter is defined by the prescribed dispense time of the dispensing system valve, the feed rate (the speed at which the stage traverses from an initiating to a terminating position), the gauge diameter of the dispensing tip, the viscosity and surface tension of the polymer solution, and the programmed drawing length. The stage feed rate affects the polymer solution&#8217;s evaporation rate and capillary breakup of the filaments. The dispensing system consists of a pneumatic valve controller, a droplet-dispensing valve and a dispensing tip. Characterization of the direct write process to determine the optimum combination of factors leads to repeatedly acquiring the desired range of fiber diameters. The advantage of this robotic dispensing system is the ease of obtaining a precise range of micron/sub-micron fibers onto a desired, programmed location via automated process control. Here, the discussed self-assembled micron/sub-micron scale 3D structures have been employed to fabricate suspended structures to create micron/sub-micron fluidic devices and bioengineered scaffolds.

Here, we present a protocol to fabricate freely-suspended, micron/sub-micron scale polymer fibers and &#8220;web-like&#8221; structures generated via automated direct writing procedure by means of a 3-axis dispensing system.

Asma Micron / Sub-mikron Ölçeği Fiber Yapıların 3-D Doğrudan Yazma Robotik Dağıtım Sistemi aracılığıyla Prescribed

A 3-axis dispensing system is utilized to control the initiating and terminating fiber positions and trajectory via the dispensing software. The polymer ...

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.

Multiplexed Transdermal Elektrokimyasal Algılama Hollow microneedle tabanlı Sensör

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

Capillary Force Lithography for Cardiac Tissue Engineering

Cardiovascular disease remains the leading cause of death worldwide1. Cardiac tissue engineering holds much promise to deliver groundbreaking medical discoveries with the aims of developing functional tissues for cardiac regeneration as well as in vitro screening assays. However, the ability to create high-fidelity models of heart tissue has proven difficult. The heart&#8217;s extracellular matrix (ECM) is a complex structure consisting of both biochemical and biomechanical signals ranging from the micro- to the nanometer scale2. Local mechanical loading conditions and cell-ECM interactions have recently been recognized as vital components in cardiac tissue engineering3-5.
A large portion of the cardiac ECM is composed of aligned collagen fibers with nano-scale diameters that significantly influences tissue architecture and electromechanical coupling2. Unfortunately, few methods have been able to mimic the organization of ECM fibers down to the nanometer scale. Recent advancements in nanofabrication techniques, however, have enabled the design and fabrication of scalable scaffolds that mimic the in vivo structural and substrate stiffness cues of the ECM in the heart6-9.
Here we present the development of two reproducible, cost-effective, and scalable nanopatterning processes for the functional alignment of cardiac cells using the biocompatible polymer poly(lactide-co-glycolide) (PLGA)8 and a polyurethane (PU) based polymer. These anisotropically nanofabricated substrata (ANFS) mimic the underlying ECM of well-organized, aligned tissues and can be used to investigate the role of nanotopography on cell morphology and function10-14.
Using a nanopatterned (NP) silicon master as a template, a polyurethane acrylate (PUA) mold is fabricated. This PUA mold is then used to pattern the PU or PLGA hydrogel via UV-assisted or solvent-mediated capillary force lithography (CFL), respectively15,16. Briefly, PU or PLGA pre-polymer is drop dispensed onto a glass coverslip and the PUA mold is placed on top. For UV-assisted CFL, the PU is then exposed to UV radiation (&#955; = 250-400 nm) for curing. For solvent-mediated CFL, the PLGA is embossed using heat (120 &#176;C) and pressure (100 kPa). After curing, the PUA mold is peeled off, leaving behind an ANFS for cell culture. Primary cells, such as neonatal rat ventricular myocytes, as well as human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes, can be maintained on the ANFS2.

In this protocol, we demonstrate the fabrication of biomimetic cardiac cell culture substrata made from two distinct polymeric materials using capillary force lithography. The described methods provide a scalable, cost-effective technique to engineer the structure and function of macroscopic cardiac tissues for in vitro and in vivo applications.

Kardiyak Doku Mühendisliği kılcal Kuvvetleri Litografi

Cardiovascular disease remains the leading cause of death worldwide1. Cardiac tissue engineering holds much promise to deliver groundbreaking medical ...

Simple Lithography-Free Single Cell Micropatterning using Laser-Cut Stencils

Micropatterning techniques have been widely used in cell biology to study effects of controlling cell shape and size on cell fate determination at single cell resolution. Current state-of-the-art single cell micropatterning techniques involve soft lithography and micro-contact printing, which is a powerful technology, but requires trained engineering skills and certain facility support in microfabrication. These limitations require a more accessible technique. Here, we describe a simple alternative lithography-free method: stencil-based single cell patterning. We provide step-by-step procedures including stencil design, polyacrylamide hydrogel fabrication, stencil-based protein incorporation, and cell plating and culture. This simple method can be used to pattern an array of as many as 2,000 cells. We demonstrate the patterning of cardiomyocytes derived from single human induced pluripotent stem cells (hiPSC) with distinct cell shapes, from a 1:1 square to a 7:1 adult cardiomyocyte-like rectangle. This stencil-based single cell patterning is lithography-free, technically robust, convenient, inexpensive, and most importantly accessible to those with a limited bioengineering background.

This protocol introduces a lithography-free micropatterning method that is simple and accessible to those with a limited bioengineering background. This method utilizes customized laser-cut stencils to micropattern extracellular matrix proteins in a shape of interest for modulating cell morphologies. The procedure for micropatterning is demonstrated using induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes.

Lazer Kesim Şablonlar Kullanılarak Basit Litografisiz Tek Hücreli Mikrodesenleme

Micropatterning techniques have been widely used in cell biology to study effects of controlling cell shape and size on cell fate determination at single ...

Gelişim Biyolojisi

Fabrication of a Multiplexed Artificial Cellular MicroEnvironment Array

Cellular microenvironments consist of a variety of cues, such as growth factors, extracellular matrices, and intercellular interactions. These cues are well orchestrated and are crucial in regulating cell functions in a living system. Although a number of researchers have attempted to investigate the correlation between environmental factors and desired cellular functions, much remains unknown. This is largely due to the lack of a proper methodology to mimic such environmental cues in vitro, and simultaneously test different environmental cues on cells. Here, we report an integrated platform of microfluidic channels and a nanofiber array, followed by high-content single-cell analysis, to examine stem cell phenotypes altered by distinct environmental factors. To demonstrate the application of this platform, this study focuses on the phenotypes of self-renewing human pluripotent stem cells (hPSCs). Here, we present the preparation procedures for a nanofiber array and the microfluidic structure in the fabrication of a Multiplexed Artificial Cellular MicroEnvironment (MACME) array. Moreover, overall steps of the single-cell profiling, cell staining with multiple fluorescent markers, multiple fluorescence imaging, and statistical analyses, are described.

This article describes the detailed methodology to prepare a Multiplexed Artificial Cellular MicroEnvironment (MACME) array for high-throughput manipulation of physical and chemical cues mimicking in vivo cellular microenvironments and to identify the optimal cellular environment for human pluripotent stem cells (hPSCs) with single-cell profiling.

Çoğaltılmış yapay hücresel MicroEnvironment dizi imalatı

Cellular microenvironments consist of a variety of cues, such as growth factors, extracellular matrices, and intercellular interactions. These cues are ...

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

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 body by measuring and analyzing differences in the electrical impedance between dissimilar biotissues. This paper describes the fabrication method of fine interdigitated electrodes (IDEs) at the tip of a hypodermic needle using a photoresist spray coating and flexible film photomask in the photolithography process. A polyethylene terephthalate (PET) heat shrink tube (HST) with a wall thickness of 25 &#181;m is employed as the insulation and passivation layer. The PET HST shows a higher mechanical durability compared with poly(p-xylylene) polymers, which have been widely used as a dielectric coating material. Furthermore, the HST shows good chemical resistance to most acids and bases, which is advantageous for limiting chemical damage to the EoN. The use of the EoN is especially preferred for the characterization of chemicals/biomaterials or fabrication using acidic/basic chemicals. The fabricated gap and width of the IDEs are as small as 20 &#181;m, and the overall width and length of the IDEs are 400 &#181;m and 860 &#181;m, respectively. The fabrication margin from the tip (distance between the tip of hypodermic needle and starting point of the IDEs) of the hypodermic needle is as small as 680 &#181;m, which indicates that unnecessarily excessive invasion into biotissues can be avoided during the electrical impedance measurement. The EoN has a high potential for clinical use, such as for thyroid biopsies and anesthesia drug delivery in a spinal space. Further, even in surgery that involves the partial resection of tumors, the EoN can be employed to preserve as much normal tissue as possible by detecting the surgical margin (normal tissue that is removed with the surgical excision of a tumor) between the normal and lesion tissues.

The fabrication method for fine interdigitated electrodes (gap and width: 20 &#181;m) at the tip of a hypodermic needle (diameter: 720 &#181;m) is demonstrated using a spray coating and flexible film photomask in the photolithography process.

Fotorezist sprey kaplama ve esnek Photomask Biyomedikal uygulamalarda kullanarak Hipodermik iğne ucu üzerinde ince elektrotlar imalatı

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 ...

Nörobilim

Mikro Ölçekli Nöronal Hücre Kültürü Cihazları için 3D Baskı Uygulamaları

Two-Photon Polymerization 3D-Printing of Micro-scale Neuronal Cell Culture Devices

Neuronal cultures have been a reference experimental model for several decades. However, 3D cell arrangement, spatial constraints on neurite outgrowth, and realistic synaptic connectivity are missing. The latter limits the study of structure and function in the context of compartmentalization and diminishes the significance of cultures in neuroscience. Approximating ex vivo the structured anatomical arrangement of synaptic connectivity is not trivial, despite being key for the emergence of rhythms, synaptic plasticity, and ultimately, brain pathophysiology. Here, two-photon polymerization (2PP) is employed as a 3D printing technique, enabling the rapid fabrication of polymeric cell culture devices using polydimethyl-siloxane (PDMS) at the micrometer scale. Compared to conventional replica molding techniques based on microphotolitography, 2PP micro-scale printing enables rapid and affordable turnaround of prototypes. This protocol illustrates the design and fabrication of PDMS-based microfluidic devices aimed at culturing modular neuronal networks. As a proof-of-principle, a two-chamber device is presented to physically constrain connectivity. Specifically, an asymmetric axonal outgrowth during ex vivo development is favored and allowed to be directed from one chamber to the other. In order to probe the functional consequences of unidirectional synaptic interactions, commercial microelectrode arrays are chosen to monitor the bioelectrical activity of interconnected neuronal modules. Here, methods to 1) fabricate molds with micrometer precision and 2) perform in vitro multisite extracellular recordings in rat cortical neuronal cultures are illustrated. By decreasing costs and future widespread accessibility of 2PP 3D-printing, this method will become more and more relevant across research labs worldwide. Especially in neurotechnology and high-throughput neural data recording, the ease and rapidity of prototyping simplified in vitro models will improve experimental control and theoretical understanding of in vivo large-scale neural systems.

Yazar Spotlight: Beyin Fonksiyonlarını Analiz Etmek için Modüler Nöronal Ağlar

3D printing at the micrometer scale enables rapid prototyping of polymeric devices for neuronal cell cultures. As a proof-of-principle, structural connections between neurons were constrained by creating barriers and channels influencing neurite outgrowth, while the functional consequences of such manipulation were observed by extracellular electrophysiology.

Mikro Ölçekli Nöronal Hücre Kültürü Cihazlarının İki Foton Polimerizasyonu 3D Baskısı

Neuronal cultures have been a reference experimental model for several decades. However, 3D cell arrangement, spatial constraints on neurite outgrowth, ...