使用光刻胶喷雾涂覆与柔性光掩膜在皮下注射针尖端制备微细电极用于生物医学应用

本方案的总体目标是在直径小于一毫米的皮下注射针尖端制备精细的叉指电极，用于生物医学应用。该方法通过使用光刻胶喷雾涂覆以及采用柔性薄膜作为掩模的光刻工艺，可在皮下注射针的圆弧形针尖上实现金属图形化。所制备的微型二极管传感器可广泛应用于生物医学领域，例如药物递送、活检，甚至可通过电灼烧精确靶向电生理目标物来进行高精度手术。

开始此操作时，截取一段三厘米长的热缩管，必要时可根据皮下注射针头的穿透深度调整其长度。将皮下注射针头插入截好的热缩管中。使用设定为150°C的热风枪，加热收缩该管。

此后，将皮下注射针头与其针座分离。在去离子水浴中用超声波振荡清洗针头。然后，使用设定为105摄氏度的加热板对绝缘针头进行10分钟的脱水处理。

接下来，将双面胶带贴在干净的玻璃载片上。将干净的绝缘针并排排列在双面胶带的暴露面上。使用溅射设备，按照文本方案中所述步骤在针上沉积铬和金。

首先，使用双面胶带将一根镀金溅射针固定在玻璃载片上。将喷雾镀膜仪的样品台加热至 100 摄氏度。将载片放置在加热的样品台上。

让针头加热两到三分钟。然后，在继续加热的同时，按照此处所示条件将光刻胶喷涂到溅射有金的针头上。之后，将玻璃载片留在卡盘上，在100摄氏度下加热三分钟进行前烘。

使用显微镜并设置为100倍放大倍数，检查针头以确定光刻胶是否均匀涂覆。首先，缓慢抬起可自由移动的样品固定板，直至其完全接触固定的光掩模固定板。使用气动泵将样品固定板固定。

接下来，将涂有光刻胶的针头放置在样品固定板上。使用CCD显示监视器实时监控过程，将投影图像中的两条边界线与光刻掩模上的两条平行对准线对齐。缓慢抬起针头，使针头与固定的柔性光刻掩模接触。

将针头置于强度为15毫焦耳/平方厘米的紫外光下照射30秒。然后进行显影处理3分钟。此后，使用去离子水冲洗样品以去除显影液。

使用显微镜并设置为200倍放大，判断光刻胶是否已清晰显影。如果曝光后的光刻胶未完全去除，则每隔30秒重复显影过程。使用镊子将样品从玻璃载片上取下。

将样品浸入金湿法刻蚀液中一分钟。然后，用去离子水冲洗以去除刻蚀液。使用显微镜在200倍放大倍数下检查结果。

如果仍有需要去除的金残留，则以10秒为间隔重复刻蚀过程。接着，将针头浸入铬刻蚀剂中30秒。完成后，用去离子水冲洗去除刻蚀剂。

将刻蚀好的针头浸入丙酮溶液中一分钟。随后用去离子水冲洗。将样品转移至预热至105摄氏度的加热板上，脱水10分钟。

然后，裁剪热缩管，使其长度比电极长两到三毫米。使用热风枪将热缩管加热至150摄氏度，以紧密地对针头进行钝化处理。在本研究中，采用光刻胶喷雾涂覆法和柔性光掩模在皮下注射针头的尖端制备叉指电极。

电极成功制备，其直径为820微米，而距针尖的制备边缘最小可达680微米。光掩模的宽度和间隙分别为25微米和15微米，该设计旨在解决由于光掩模外缘与针的曲面之间接触不完全所导致的紫外光剂量不平衡问题。通过优化紫外光曝光时间，这些改进使得电极的宽度和间隙均能成功制备为20微米。

通过使用不同浓度的磷酸盐缓冲液（PBS），评估针状电极上电学阻抗谱的分辨能力。由于PBS用去离子水连续稀释，其电导率随PBS浓度降低而减小。因此，PBS浓度越低，阻抗幅值越高。

基于这种分辨能力，使用四层猪组织以一兆赫兹的频率进行深度剖面分析。根据EoN的穿透深度，脂肪组织的阻抗幅值与肌肉组织的阻抗幅值可被清晰区分。观看本视频后，您应了解如何在曲面托盘上制备微型电极，以读取直径小于一毫米的信号。

目前，我们更能发现针式传感器在脊髓麻醉、甲状腺活检以及腹腔镜手术和乳房切除术等手术中的临床适用性。