医用フォトレジスト スプレー塗装と柔軟なフォトマスクを使用して皮下注射針の先端の微細電極の作製
2017年11月28日
高級櫛型電極の作製法 (ギャップと幅: 20 μ m) 注射針の先端に (直径: 720 μ m) フォトリソグラフィ工程でスプレー塗装と柔軟なフィルム フォトマスクを使用して示されて。
このプロトコルの全体的な目標は、生物医学的用途のために、直径が1ミリメートル未満の皮下注射針の先端に微細なインターディジット電極を作製することです。この方法では、フォトレジストのスプレーコーティングとマスク用の柔軟なフィルムを使用したフォトリソグラフィープロセスを使用して、皮下注射針の丸みを帯びた先端に方言の金属パターニングを実現できます。製造されたマイクロダイオードセンサーは、薬物送達、生検、さらには手術などの生物医学的用途に広く使用でき、電気光度計の標的を焼灼することにより、高精度で行うことができます。
この手順を開始するには、3センチメートルの長さの熱収縮チューブを切断し、必要に応じて皮下注射針の浸透深さに基づいて長さを調整します。カットした熱収縮チューブに皮下注射針を挿入します。ヒートガンを使用して摂氏150度に設定し、チューブを縮小します。
この後、皮下注射針をハブから分離します。超音波攪拌による脱イオン水浴で針を洗浄します。次に、105度に設定されたホットプレートを使用して、断熱針を10分間脱水します。
次に、きれいなスライドガラスに両面テープを貼ります。清潔な絶縁針を両面テープの露出面に並べて配置します。スパッタリング装置を使用して、テキストプロトコルに概説されているように、クロムと金を針に堆積させます。
まず、両面テープを使用して、金のスパッタリング針の1つをスライドガラスに固定します。スプレーコーターのチャックを100°Cに加熱します。スライドを加熱されたチャックに置きます。
針を2〜3分間加熱します。その後、金スパッタリング針にフォトレジストを、ここに示す条件で加熱しながらスプレーします。この後、スライドガラスをチャックに置いて摂氏100度で3分間加熱し、柔らかく焼きます。
100倍の倍率に設定された顕微鏡を使用して、針を検査し、フォトレジストが均一にコーティングされているかどうかを確認します。まず、自由に移動可能なサンプル保持プレートを、固定されたフォトマスク保持プレートに完全に接触するまでゆっくりと持ち上げます。空気圧ポンプを使用して、サンプル保持プレートを固定します。
次に、フォトレジストを塗布したニードルをサンプル保持プレートに載せます。CCDディスプレイモニターを使用して、投影された画像の境界線のうち2本とフォトマスクの平行な位置合わせ2本を位置合わせし、リアルタイムでプロセスを監視します。針をゆっくりと持ち上げて、針を固定フレキシブルフォトマスクに接触させます。
針を1センチメートル四方あたり15ミリジュールの強度で30秒間紫外線にさらします。その後、現像プロセスを3分間実行します。この後、脱イオン水を使用して、現像液をサンプルから洗い流します。
倍率200倍に設定した顕微鏡を使用して、フォトレジストがはっきりとパターン化されているかどうかを確認します。露光したフォトレジストが完全に除去されない場合は、現像プロセスを30秒間隔で繰り返します。ピンセットを使用して、サンプルをスライドガラスから取り外します。
ゴールドのウェットエッチング液に1分間浸します。次に、脱イオン水を使用してエッチング液を洗い流します。200倍に設定された顕微鏡を使用して、結果を検査します。
除去する金がまだ残っている場合は、エッチングプロセスを10秒間隔で繰り返します。次に、針をクロムエッチング液に30秒間浸します。脱イオン水を使用して、エッチャントを洗い流します。
エッチングした針をアセトン溶液に1分間浸します。この後、脱イオン水ですすいでください。105°Cに加熱したホットプレートに試料を移し、10分間脱水します。
次に、シュリンクチューブを電極より2〜3ミリメートル長くカットします。ヒートガンを使用して、熱収縮チューブの温度を150度に上げ、針をしっかりと不動態化します。この研究では、フォトレジストスプレーコーティングと柔軟なフォトマスクを使用して、皮下注射針の先端にインターディジット電極を作製します。
電極は直径820マイクロメートルで成功裏に製造されていますが、針の先端からの製造マージンは680マイクロメートルとわずかです。フォトマスクの幅とギャップはそれぞれ25マイクロメートルと15マイクロメートルで、フォトマスクの外側部分と針の曲面との間の不完全な接触から生じるUV線量の不均衡を解決するように設計されています。これらの変更により、UV露光時間を最適化することにより、電極の幅とギャップの両方を20μmで成功裏に製造することができます。
針上の電気インピーダンス分光法の識別能力は、さまざまな濃度のPBSを使用して評価されます。PBSは脱イオン水で連続希釈されるため、PBSの濃度が低下すると電気伝導率が低下します。したがって、PBSの濃度レベルが減少すると、インピーダンスの大きさが増加します。
この識別能力に基づき、4層構造のブタ組織を用いて1メガヘルツの周波数で深さプロファイリングを行います。EoNの浸透深さにより、インピーダンスや脂肪組織の大きさは筋組織の大きさと明確に区別されます。このビデオを見れば、丸みを帯びた表面のトレイに微小電極を作製して、直径が1mm未満を読み取る方法を理解できるはずです。
現在、脊椎麻酔、甲状腺生検、さらには腹腔鏡手術や情熱性動脈切除術などの手術に対する軽蔑的なニードルセンサーの臨床適用性がよりよく見つかります。
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概要
本研究では、生物医学的応用のための皮下注射針の先端に微細な櫛形電極を製作する方法を実証します。この手法では、スプレーコーティングとフレキシブルフォトマスクを用いたフォトリソグラフィーを利用し、精密なパターニングを実現しています。
研究の主要構成要素
科学分野
- 生体医工学
- 微細加工
- 電気化学センシング
背景
- 微細電極の作製は、高度な生物医学的応用に不可欠です。
- 本手法は、電極パターニング中のUV照射量の不均衡に関連する課題の解決を目的としています。
- 櫛形電極は、医療治療における精密な測定に特に有用です。
- 本研究では、電極開発における再現性と均一性に焦点を当てています。
研究目的
- 直径1mm未満の皮下注射針上にインターディジテート電極を作製すること。
- ドラッグデリバリーや手術などのバイオメディカルアプリケーションにおいて高精度を実現すること。
- 作製したセンサーの電気インピーダンスを評価すること。
使用した手法
- 本プロトコルは、フォトリソグラフィーおよびスプレーコーティング技術を中心に構成されています。
- センサー装着のための主要な生物学的モデルとして、皮下注射針を使用します。
- 本研究では、異なる濃度のPBSにおける電気インピーダンスを評価します。
- 主な手順には、針の準備、UV露光、現像プロセス、およびエッチング工程が含まれます。
- 作製プロセス全体を通じて、厳密な温度管理とタイミングが重要視されています。
主な結果
- 電極は、ギャップおよび幅ともに 20 micrometers で正常に作製された。
- 電気インピーダンスは PBS 濃度によって大きく変動し、効果的な測定判別が可能となった。
- また、本研究により、ブタ組織における深度プロファイリング能が実証された。
- 電極のパターニングに成功したことで、さまざまな臨床応用における精度向上が可能となる。
結論
- 本研究では、生物医学的応用のための微小電極を製作する新しいアプローチを提示しています。
- 開発された手法は、脊髄麻酔や生検などの臨床現場での活用の可能性を示しています。
- これは、さまざまな医療目的のためのセンサー技術に関する理解の進展を強調するものです。
よくある質問
産業界への適用性と重要性
本手法により、生体医学的センシングへの応用のための皮下注射針上への精密なマイクロ電極作製が可能となり、電気インピーダンス測定による標的組織の識別がサポートされます。このアプローチは、電極を針先近くに配置することで、診断または治療処置中の組織への侵入を最小限に抑え、低侵襲化を実現します。また、組織特性の評価やマージン検出のための再現性のあるプラットフォームを提供することで、生体医学デバイスの開発初期段階における予測の信頼性を向上させます。
バイオ医薬品研究開発における戦略的応用
初期探索およびターゲットバリデーション
- 科学的価値： インピーダンス特性に基づいた生物学的ターゲットの検証を可能にするため、組織特異的な電気的特性の解析を実現します。
- 運用上の価値： ハイスループットな組織スクリーニングに向けた、針統合型センサーの迅速なプロトタイピングを支援します。
- トランスレーショナル価値： 前臨床モデルにおいて電気的な読み出し値と組織組成を相関させることで、メカニズム解析によるリスク低減を促進します。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 科学的価値： 生体材料や薬剤の相互作用を比較分析するための、定量的かつ周波数依存的なインピーダンス出力を生成します。
- 運用的価値： 20 µm の分解能で再現性のある電極パターニングを実現し、バッチ間でのアッセイの標準化を保証します。
- トランスレーショナル価値： 化合物評価における組織応答のラベルフリーかつリアルタイムなモニタリングを可能にします。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 科学的価値： 多層組織における深さ方向のプロファイリング能力を実証し、正常状態と病理学的状態の識別を可能にする。
- 運用的価値： 耐久性のあるPET熱収縮チューブを絶縁に使用し、生理学的環境におけるセンサーの安定性を向上させる。
- トランスレーショナル価値： インピーダンスの変化を通じて組織境界を特定することで外科的切除縁の検出を支援し、不必要な切除を低減する。
パイプラインおよびワークフローの統合
この手法は、リード化合物の同定前に組織特性解析を可能にすることで、早期の創薬ワークフローに統合され、その出力結果は生物学的特異性に基づくゴー/ノーゴー判断の根拠となります。
- 探索生物学：組織型の電気的識別を通じて仮説検証をサポートし、ターゲットのバリデーションおよびパスウェイ解析に寄与する。
- スクリーニング：一貫した形状を持つアッセイ対応の微小電極を提供し、化合物と組織の相互作用の信頼性の高い測定を可能にする。
- 分析：インピーダンス絶対値および周波数応答データを提供し、実験条件間での定量的な比較を可能にする。
- トランスレーショナルリサーチ：ブタモデルにおける組織深さプロファイリングを実証し、組織病理学的評価と整合させることで、前臨床バリデーションへとつなげる。
- エンタープライズ再利用：さまざまな針のゲージや生物医学的センシングアプリケーションに適応可能な、再利用可能な微細加工プラットフォームを構築する。
運用および企業への影響
- 科学的価値：組織特性を直接的に測定することで偽陽性を減少させ、ターゲットバリデーションの信頼性を向上させる。
- 運用的価値：フォトレジストのスプレーコーティングと柔軟なフォトマスクの使用により再現性を確保し、電極作製におけるばらつきを最小限に抑える。
- 戦略的価値：組織特異的な反応の早期検出を可能にすることで、後半段階での脱落（アトリション）を減少させ、デバイス開発における資本効率を向上させる。
- ポートフォリオへの影響：客観的かつ定量的な組織識別データを提供することで、リスク調整後の推進判断に根拠を与える。
実施上の検討事項
- 本手法を正常に実施するには、微細加工、フォトリソグラフィー、および電気化学センシングの専門知識が必要です。
- 金属の蒸着およびパターニングのために、スパッタコーター、UV露光装置、およびエッチング装置へのアクセスが必要です。
- 針先の曲率に起因する露光量の変動を補正するため、UV露光および現像時間の標準化が不可欠です。
- 異なる材質や直径の針に本手法を適用する場合、調整上の検討事項が生じます。
- 長期使用における生理学的条件下での電極-組織界面の安定性に関する実用上の制限があります。
