MICRO-creux à base de capteur pour multiplexée transdermique Sensing électrochimique

L'objectif général de cette procédure est de fabriquer un capteur multiplexé à base de microneedles pour la détection électrochimique transdermique de divers lytes cibles pouvant être mesurés simultanément. La première étape consiste à fabriquer des réseaux de microneedles creux à l'aide de la lithographie par stéréolithographie et à créer des cavités pour réseau d'électrodes par micro-usinage laser. Ensuite, préparez les pâtes de carbone individuelles et remplissez les cavités du réseau d'électrodes.

Ensuite, étalonnez chacune des pâtes de carbone sur une gamme de concentrations physiologiquement pertinentes. En fin de compte, un dispositif électrochimique transdermique in vivo est créé, capable de mesurer simultanément plusieurs analytes dans des microenvironnements physiologiques complexes pour diverses applications biomédicales. Le principal avantage de cette technique par rapport à vos méthodes existantes réside dans la possibilité d'effectuer une détection multiplexe de manière minimement invasive.

Cet appareil peut être utilisé comme outil de recherche pour mesurer les réponses médicales aiguës, comprendre les adaptations durant l'exercice physique et surveiller les maladies affectant la peau. Les implications de ce capteur microneedle InVivo vont vers le diagnostic des tumeurs cutanées, car les microenvironnements tumoraux peuvent servir d'indicateurs de la prolifération et de la métastase tumorales. Notre objectif avec cet appareil est d'utiliser des réseaux de microneedles comme mécanisme peu invasif permettant d'accéder au liquide interstitiel dermique pour une analyse électrochimique.

Commencez par utiliser le logiciel de modélisation tridimensionnelle SolidWorks pour concevoir un réseau d'aiguilles creuses en forme de paramètre. Ensuite, à l'aide du logiciel Magic's RP 13, concevez une structure d'appui qui servira de base à la construction des microlancettes. Puis, contrôlez le processus de fabrication à l'aide du logiciel réfractaire RP.

Transférez les fichiers du support lié et du réseau de microneedles. Sélectionnez ensuite le nombre de réseaux de microneedles à fabriquer et déterminez la disposition des dispositifs sur la plaque de fabrication dans le système de fabrication rapide pery. Choisissez le mode ultraviolet à 100 milliwatts et effectuez la procédure d'étalonnage.

Vérifiez que l'écart d'énergie se situe dans une fourchette de plus ou moins deux milliwatts. Une fois la fabrication du réseau de micropointes terminée, retirez le réseau de micropointes de la plaque de base. Développez dans de l'isopropanol pendant 15 minutes.

Ensuite, séchez les matrices à l'air comprimé pour assurer une polymérisation complète. Durcissez les microlancettes à température ambiante pendant 50 secondes. Examinez les microlancettes par microscopie optique.

Vérifiez que chaque aiguille micrométrique entièrement fabriquée possède un canal creux et dégagé. Mettez à nu les fils de cuivre conducteurs individuels situés sous-jacents dans un câble plat et flexible. Créez les motifs destinés à l'ablation laser et envoyez ces motifs au système laser.

Maintenant, positionnez les câbles dans un gabarit afin de les aligner correctement sur la plaque d'ablation laser selon une approche ascendante, puis créez des cavités de 500 micromètres de diamètre dans la partie isolante du câble souple. Nettoyez les câbles plats souples modifiés à l’aide d’un aérographe pulvérisant de l’acétone. À 40 PSI, rincez ensuite avec de l’isopropanol et de l’eau déionisée en utilisant un microscope optique.

Vérifiez qu'aucun film isolant ne subsiste sur les bandes de cuivre exposées. L'étape suivante consiste à créer une cavité de fixation pour les pâtes au carbone à l'aide du ruban ABL melanox contenant un adhésif acrylique sensible à la pression sur une seule face, selon le motif précédemment utilisé pour les bandes d'électrode. Placez maintenant le ruban au-dessus des bandes d'électrode ablées.

Comprimez le ruban pour assurer une connexion adéquate. Ensuite, ablitez le ruban double face Melin X et alignez-le afin de permettre l'adhésion entre les réseaux de microneedles et les réseaux d'électrodes à pâte de carbone. Mélangez 10 milligrammes de glucose oxydase et 2,2 milligrammes de polyéthylèneamine pour obtenir une pâte de carbone sensible au glucose homogène.

Ensuite, ajouter 60 milligrammes de rhodium sur poudre de carbone et mélanger avec 40 milligrammes d’huile minérale. Conserver la pâte à quatre degrés Celsius pour l’usage avec la pâte de carbone sensible au pH. Mélanger 30 % d’huile minérale et 70 % de poudre de graphite. À l’aide d’un morceau fin de plastique servant de truelle, tasser la pâte dans la cavité de l’électrode jusqu’à l’obtention d’une surface lisse.

Répétez avec une deuxième coupelle de pesée propre jusqu'à ce que la pâte excédentaire soit retirée. Ensuite, rincez à l'eau déionisée. Puis déposez une goutte de 20 microlitres de solution fraîchement préparée de bleu de fast sur l'électrode en pâte compactée.

Après une période d'incubation de 30 minutes, rincer à l'eau déionisée pour la pâte de carbone sensible au lactate. Mélanger 2,5 milligrammes de rhodium sur de la poudre de carbone avec 2,5 milligrammes de lactate oxydase. Alterner cinq minutes de sonication et cinq minutes de vortexage pendant cinq cycles.

Procédez au compactage de la pâte dans la cavité de l'électrode. Rincez enfin avec de l'eau déionisée pour détecter le lactate. Mesurez la réponse chrono- et paramétrique du capteur et enregistrez le courant après 15 secondes pour détecter le glucose.

Mesurez la réponse chronoampérométrique du capteur afin d'élaborer successivement les courbes de calibration pour les capteurs de lactate et de glucose. Ajoutez l'analyte respectif avant les mesures chronoampérométriques et paramétriques. Sinon, effectuez des mesures chronoampérométriques à potentiel fixe et des mesures paramétriques sous agitation.

Prévoir un temps suffisant entre chaque ajout d'analyte pour permettre la stabilisation du courant. Pour surveiller le pH, effectuer des balayages voltampérométriques cycliques et enregistrer les positions des valeurs de potentiel de pic oxydatif. Élaborer des courbes de calibration du pH en mesurant la position du potentiel de pic oxydatif dans les voltampérogrammes cycliques enregistrés pour une série de valeurs de pH connues. Le processus de conception d'un capteur multiplexé à base de microneedles commence par la conception du réseau de microneedles dans SolidWorks, puis par la conception des structures de support dans le RP 13 de magic.

Ces micrographies électroniques en mode balayage montrent un réseau de microlancettes et une microlancette unique au sein de ce réseau. La plateforme de détection du capteur à microlancettes est créée en utilisant l'ablation laser pour former les réseaux d'électrodes dans le câble plat et flexible, puis en remplissant ces réseaux avec une pâte de carbone. Les réactions électrocatalytiques relatives au glucose et au lactate sont présentées, accompagnées des paramètres de fonctionnement pour la détection.

Cet étalonnage typique de la pâte sensible au lactate avec des balayages chronométriques de 15 secondes montre chaque augmentation du courant correspondant à une addition de deux millimolaires de lactate. Un balayage chronométrique continu unique est utilisé, tandis que l'étalonnage du capteur en glucose est réalisé en ajoutant des concentrations de glucose, puis en laissant le courant se stabiliser. Ce schéma illustre les réactions électrocatalytiques pour la détection de l'acidité ; ici, les grammes cycliques à l'aiguille microscopique sensible au pH dans un tampon phosphate 0,1 molaire sont représentés pour quatre solutions différentes dont les valeurs de pH varient de cinq à huit par incrément d'une unité.

Étant donné que le potentiel du pic d'oxydation varie avec l'augmentation des valeurs de pH, ce phénomène est utilisé comme indicateur de la valeur de pH. Une fois maîtrisé, ce dispositif peut être correctement fabriqué en deux jours. Lors de la réalisation de cette procédure, il est important de noter que les différentes vitesses de carbone ne conserveront pas leur sélectivité si elles sont mélangées entre elles.

Après cette procédure, des électrodes supplémentaires à base de carbone sélectif peuvent être ajoutées au réseau d'électrodes afin de surveiller d'autres analytes présents dans la peau. Le développement de ce dispositif pourrait ouvrir la voie aux chercheurs dans le domaine des capteurs portables pour effectuer des diagnostics médicaux et explorer des questions fondamentales en sciences biomédicales.