Fabricación y caracterización de un sistema electrónico conforme de la piel-como para la gestión cuantitativa, cutánea de la herida

El objetivo general de este procedimiento es fabricar un dispositivo electrónico similar a la piel para el tratamiento cuantitativo de heridas cutáneas. Esto se logra desarrollando primero un dispositivo electrónico en un sustrato portador. El segundo paso es preparar una membrana elastomérica para incrustar la electrónica.

A continuación, los componentes electrónicos fabricados se recuperan de su compuesto de fabricación y se transfieren a la membrana. Los pasos finales son encerrar la electrónica con un revestimiento de silicona y conectar un cable flexible para la adquisición de datos. El dispositivo completo se lamina cerca del tejido de la herida de un paciente para controlar el tiempo, la temperatura variable y la conductividad térmica del tejido como tratamiento de la herida.

La principal ventaja de este dispositivo sobre las herramientas existentes basadas en inspecciones visuales microscópicas es que puede proporcionar un monitoreo cuantitativo multifuncional de la temperatura y la conductividad térmica cerca del tejido de la herida. El dispositivo blando, biocompatible y portátil para la piel proporciona las funciones y características para su uso en entornos clínicos, y tiene un gran potencial para abordar problemas importantes en el tratamiento de heridas crónicas. Este protocolo de recubrimiento por rotación se puede realizar en obleas de silicio de cualquier tamaño.

Para empezar, desengrase las obleas con acetona y alcohol isopropílico. Luego enjuáguelos con agua desionizada y séquelos con nitrógeno. Deshidrata la oblea durante tres minutos en una placa caliente a 110 grados centígrados.

Ahora centrifuga cinco gramos de PDMS sobre las obleas a 3000 RPM Durante un minuto, complete el proceso curando las obleas en una placa caliente a 150 grados centígrados durante media hora. Después de tratar con rayos UV las obleas recubiertas de PDMS durante tres minutos, centrifugar la capa de poliamida sobre las obleas. Aplique dos mililitros con una pipeta y centrifugue a 4.000 RPM durante un minuto para una capa de 1,2 micras.

A continuación, hornea previamente las obleas en una placa caliente a 150 grados centígrados durante cinco minutos y hornéalas en un horno a 250 grados centígrados durante dos horas. A continuación, utilizando un depósito de evaporación por haz de electrones, una capa de cromo de 20 nanómetros de espesor para la adhesión, seguida de una capa de cobre de tres micras de espesor para la conductividad. A continuación, espinco, dos mililitros de fotorresistencia en las obleas en tres pasos para obtener una capa de menos de 10 micras.

Ahora cure las obleas en una placa caliente a 75 grados centígrados durante 30 minutos. A continuación, utilice un alineador UV a 10 milivatios por segundo para centrar el patrón electrónico de cobre en la oblea. Utiliza un tiempo de exposición de 25 segundos.

Se utiliza un patrón fractal para hacer sensores y se hace una malla abierta para las interconexiones. Revele la fotorresistencia en la solución 33% de revelador durante un minuto. A continuación, enjuague las patatas fritas con agua desionizada y séquelas bajo un chorro de nitrógeno.

Antes de continuar, verifique los patrones bajo un microscopio en busca de defectos. A continuación, grabe el cobre en la oblea con un baño de seis minutos en grabado químico. Después del grabado, enjuague y seque las obleas.

Al igual que antes, verifique los patrones grabados bajo un microscopio superior al 20%; el grabado excesivo del cobre conduce a fallas mecánicas. Para grabar la capa de cromo, use cinco minutos de grabado de iones reactivos. Después de comprobar el grabado, retire las fotorresistencias restantes con 10 mililitros de acetona, seguidas de 10 mililitros de isopropanol.

Y en tercer lugar, 20 mililitros de agua desionizada. Después de los baños, seque las obleas bajo un chorro de nitrógeno. Para este protocolo, haga 10 gramos de una mezcla de silicona encapsulante para el material objetivo al que se transferirán los componentes electrónicos a una placa de Petri de 10 centímetros de ancho.

Centrifuga, ocho gramos de mezcla a 150 RPM durante un minuto. Para un recubrimiento de silicona de medio milímetro. Deje que se cure durante la noche a temperatura ambiente.

A continuación, adhiera trozos de cinta soluble en agua del tamaño de los chips de patrón para que actúen como superficie laminada para los patrones electrónicos. Después de colocar la cinta, caliente las obleas durante tres minutos a 130 grados centígrados. A continuación, despegue rápidamente la cinta para separar y recuperar los componentes electrónicos en los patrones de recuperación.

Utilice la evaporación por haz de electrones para depositar 20 nanómetros de cromo para una adhesión adicional. A continuación, deposite 50 nanómetros de dióxido de silicio en la capa de cromo. Ahora recupere la capa de silicona y trátela con luz ultravioleta de 365 nanómetros durante dos minutos a 8,9 milivatios por centímetro cuadrado.

Esto activa la superficie con la silicona activada. Presione los componentes electrónicos recuperados en la silicona, extiéndalos uniformemente sobre el material objetivo. Luego trate la cinta con agua para disolverla y, después de cinco minutos, retire la cinta.

A continuación, enjuague la silicona con agua desionizada y séquela en una placa calefactora a 90 grados centígrados durante un minuto. Para crear el dispositivo, comience cubriendo las almohadillas de contacto con una pieza rectangular de PDMS utilizando la fuerza de unión de Vander Wall. Ahora en la electrónica de transferencia spinco cinco gramos de mezcla de silicona encapsulada a 4.000 RPM durante un minuto.

Esto crea una capa de cinco micras de espesor, que se cura durante la noche a temperatura ambiente. Al día siguiente, limpie las almohadillas del sensor con medio mililitro de fundente de acero líquido durante tres segundos. A continuación, conecte un cable plano flexible a los puntos de contacto con una presión y un calor superiores a 60 grados centígrados.

Compruebe las conexiones con un multímetro. La resistencia entre la almohadilla del sensor y el cable de película a un centímetro de distancia debe ser menor que un ohmio para unir el otro extremo del cable plano a una placa de circuito personalizada de la misma manera. Finalmente, conecte el dispositivo al hardware de adquisición de datos soldando cables convencionales a la PCB.

Utilizando el protocolo descrito, se fabricó el dispositivo sensor electrónico. Se examinó la flexibilidad del dispositivo. No se produjo una fractura mecánica bajo tensión de tracción y el dispositivo funcionó.

La resistencia en seis ubicaciones de sensores se midió utilizando una placa calefactora de alta precisión. Había una relación lineal que mostraba que los sensores estaban bien calibrados para detectar cambios sutiles de temperatura. Además, se utilizó una señal adaptada de tres omegas para evaluar la conductividad térmica con el dispositivo en un entorno clínico.

El dispositivo se utilizó para monitorear la cicatrización de heridas después de la cirugía hasta por un mes. De este modo, se midió la temperatura del proceso de cicatrización de la herida. Hubo una inflamación intensa en el sitio de la herida en el tercer día, lo que se refleja en el pico de temperatura medido por el dispositivo.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo fabricar un dispositivo eléctrico escémico conformado para el manejo cuantitativo de heridas en pacientes.