Fabricação e caracterização de um Sistema Eletrônico Conformal-pele como para a gestão quantitativa, Ferida Cutânea

O objetivo geral deste procedimento é fabricar um dispositivo eletrônico semelhante à pele para o tratamento quantitativo de feridas cutâneas. Isso é feito desenvolvendo primeiro um dispositivo eletrônico em um substrato de suporte. O segundo passo é preparar uma membrana elastomérica para incorporar os componentes eletrônicos.

Em seguida, os componentes eletrônicos fabricados são recuperados de seu composto de fabricação e transferidos para a membrana. As etapas finais são envolver os componentes eletrônicos com um revestimento de silicone e conectar um cabo flexível para aquisição de dados. O dispositivo completo é laminado próximo ao tecido da ferida de um paciente para monitorar o tempo, a temperatura variável e a condutividade térmica do tecido como tratamento da ferida.

A principal vantagem deste dispositivo sobre as ferramentas existentes baseadas em inspeções visuais microscópicas é que ele pode fornecer monitoramento quantitativo multifuncional de temperatura e condutividade térmica perto do tecido da ferida. O dispositivo macio biocompatível e vestível para a pele fornece as funções e características para o uso em ambientes clínicos e tem um grande potencial para abordar questões importantes no tratamento de feridas crônicas. Este protocolo de revestimento giratório pode ser realizado em wafers de silício de qualquer tamanho.

Para começar, desengordure as bolachas com acetona e álcool isopropílico. Em seguida, enxágue-os em água deionizada e seque-os sob nitrogênio. Desidrate o wafer por três minutos em uma placa quente ajustada para 110 graus Celsius.

Agora gire cinco gramas de PDMS nos wafers a 3000 RPM Por um minuto, conclua o processo curando os wafers em uma placa quente ajustada para 150 graus Celsius por meia hora. Após o tratamento UV dos wafers revestidos com PDMS por três minutos, gire a poliamida nos wafers. Aplique dois mililitros com uma pipeta e gire a 4.000 RPM por um minuto para uma camada de 1,2 mícron.

Em seguida, pré-asse as bolachas em uma chapa quente a 150 graus Celsius por cinco minutos e leve ao forno a 250 graus Celsius por duas horas. Em seguida, usando um depósito de evaporação de feixe de elétrons, uma camada de cromo de 20 nanômetros de espessura para adesão, seguida por uma camada de cobre de três mícrons de espessura para condutividade. Em seguida, gire dois mililitros de fotorresistente nos wafers em três etapas para uma camada inferior a 10 mícrons.

Agora cure as bolachas em uma placa quente de 75 graus Celsius por 30 minutos. Em seguida, use um alinhador UV a 10 miliwatts por segundo para centralizar o padrão eletrônico de cobre no wafer. Use um tempo de exposição de 25 segundos.

Um padrão fractal é usado para fazer sensores e uma malha aberta é feita para as interconexões. Desenvolva a fotorresistência em 33%solução de desenvolvedor por um minuto. Em seguida, enxágue os chips com água deionizada e seque-os sob uma corrente de nitrogênio.

Antes de prosseguir, verifique se há defeitos nos padrões ao microscópio. Em seguida, grave o cobre no wafer usando um banho de seis minutos em corrosão química. Após a gravação, enxágue e seque as bolachas.

Como antes, verifique os padrões gravados sob um microscópio superior a 20% sobre a corrosão do cobre leva a falhas mecânicas. Para gravar a camada de cromo, use cinco minutos de gravação de íons reativos. Depois de verificar a gravação, remova os fotorresistores restantes com 10 mililitros de acetona, seguidos de 10 mililitros de isopropanol.

E em terceiro lugar, 20 mililitros de água deionizada. Siga os banhos secando as bolachas sob uma corrente de nitrogênio. Para este protocolo, faça 10 gramas de uma mistura de silicone encapsulante para o material alvo no qual a eletrônica será transferida para uma placa de Petri de 10 centímetros de largura.

Spin coat, oito gramas de mistura a 150 RPM por um minuto. Para um revestimento de silicone de meio milímetro. Deixe curar durante a noite em temperatura ambiente.

Em seguida, prenda pedaços grandes de fita solúvel em água nos chips do padrão para atuar como uma superfície laminada para os padrões eletrônicos. Depois de prender a fita, aqueça os wafers por três minutos a 130 graus Celsius. Em seguida, retire rapidamente a fita para soltar e recuperar os componentes eletrônicos nos padrões de recuperação.

Use a evaporação do feixe eletrônico para depositar 20 nanômetros de cromo para adesão extra. Em seguida, deposite 50 nanômetros de dióxido de silício na camada de cromo. Agora recupere a camada de silicone e trate-a com luz UV de 365 nanômetros por dois minutos a 8,9 miliwatts por centímetro quadrado.

Isso ativa a superfície com o silicone ativado. Pressione os componentes eletrônicos recuperados no silicone, espalhe-os uniformemente no material alvo. Em seguida, trate a fita com água para dissolvê-la e, após cinco minutos, retire a fita.

Em seguida, enxágue o silicone com água deionizada e seque em uma placa quente a 90 graus Celsius por um minuto. Para criar o dispositivo, comece cobrindo as almofadas de contato com uma peça retangular de PDMS usando a força de ligação de Vander Wall. Agora, para a eletrônica de transferência, spinco cinco gramas de mistura de silicone encapsulada a 4.000 RPM por um minuto.

Isso cria uma camada de cinco mícrons de espessura, que é curada durante a noite em temperatura ambiente. No dia seguinte, limpe as almofadas do sensor com meio mililitro de fluxo de aço líquido por três segundos. Em seguida, ligue um cabo de fita flexível aos pontos de contato com pressão e calor superiores a 60 graus Celsius.

Verifique as conexões com um multímetro. A resistência entre a almofada do sensor e o cabo do filme a um centímetro de distância deve ser menor que um ohm de ligação da outra extremidade do cabo de fita a uma placa de circuito personalizada da mesma maneira. Por fim, conecte o dispositivo ao hardware de aquisição de dados soldando fios convencionais ao PCB.

Usando o protocolo descrito, o dispositivo sensor eletrônico foi fabricado. A flexibilidade do dispositivo foi examinada. Não ocorreu fratura mecânica sob tensão de tração e o dispositivo estava funcional.

A resistência em seis locais de sensores foi medida usando uma placa quente de alta precisão. Havia uma relação linear mostrando que os sensores estavam bem calibrados para detectar mudanças sutis de temperatura. Além disso, um sinal de três ômegas adaptado foi usado para avaliar a condutividade térmica com o dispositivo em um ambiente clínico.

O dispositivo foi usado para monitorar a cicatrização de feridas pós-cirurgia por até um mês. A temperatura do processo de cicatrização da ferida foi assim medida. Houve inflamação intensa no local da ferida no terceiro dia, o que se reflete no pico de temperatura medido pelo dispositivo.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como fabricar um dispositivo elétrico esquêmico conforme para o tratamento quantitativo de feridas em pacientes.