Полые микроиглы на основе датчиков для электрохимических мультиплексный Трансдермальные зондирования

Общая цель данной процедуры заключается в изготовлении мультиплексного сенсора на основе микроигл для трансдермального электрохимического детектирования различных целевых аналитов, которые могут быть измерены одновременно. Первым этапом является изготовление массивов полых микроигл с помощью литографии в материале mysterial и создание полостей для массива электродов с помощью лазерной микрообработки. Затем необходимо приготовить отдельные угольные пасты и заполнить ими полости массива электродов.

Затем откалибруйте каждую из углеродных паст в диапазоне физиологически значимых концентраций. В итоге создается трансдермальное электрохимическое устройство для исследований in vivo, способное одновременно измерять несколько аналитов в сложных физиологических микросредах для ряда биомедицинских применений. Главным преимуществом данного метода по сравнению с существующими является возможность проведения мультиплексного сенсинга минимально инвазивным способом.

Данное устройство может использоваться в качестве исследовательского инструмента для измерения острых медицинских реакций, изучения адаптации при физических нагрузках и мониторинга заболеваний, поражающих кожу. Возможности этого InVivo-датчика с микроиглами позволяют применять его для диагностики опухолей кожи, поскольку микроокружение опухоли может служить индикатором пролиферации и метастазирования новообразований. Наша цель при создании данного устройства — использовать массивы микроигл в качестве минимально инвазивного механизма для получения дермальной интерстициальной жидкости с целью последующего электрохимического анализа.

Начните работу в программном обеспечении для трехмерного моделирования SolidWorks, разработав модель полого массива микроигл пирамидальной формы. Затем с помощью программного обеспечения Magic's RP 13 спроектируйте поддерживающую структуру, которая послужит основанием для создания микроигл. После этого управляйте процессом изготовления с помощью специализированного программного обеспечения RP.

Загрузите файлы как связанного основания, так и массива микроигл. Затем выберите количество массивов микроигл для изготовления и определите расположение устройств на пластине для изготовления в системе быстрого прототипирования Pery. Выберите режим ультрафиолетового излучения мощностью 100 milliwatts и выполните процедуру калибровки.

Убедитесь, что отклонение энергии находится в пределах плюс или минус two milliwatts. После завершения изготовления массива микроигл снимите его с базовой пластины. Проведите промывку изопропанолом в течение 15 минут.

Затем просушите массивы сжатым воздухом для обеспечения полной полимеризации. Отверждайте микроиглы при комнатной температуре в течение 50 секунд. Осмотрите микроиглы с помощью световой микроскопии.

Убедитесь, что канал каждой полностью изготовленной микроиглы полый и не засорен. Обнажите нижележащие индивидуально адресуемые соединительные медные провода в плоском гибком кабеле. Создайте шаблоны для лазерной абляции и отправьте эти шаблоны в систему лазерного излучения.

Теперь поместите кабели в зажим для их правильного выравнивания на пластине для лазерной абляции; используя метод растачивания, создайте полости диаметром 500 µm в изолирующей части гибкого кабеля. Очистите модифицированные плоские гибкие кабели с помощью аэрографа, распыляющего ацетон при давлении 40 PSI, затем промойте изопропанолом и деионизированной водой, контролируя процесс под световым микроскопом.

Убедитесь, что на открытых медных полосках не осталось изолирующей пленки. Следующий шаг заключается в создании удерживающей полости для угольных паст с помощью ленты ABL melanox, содержащей односторонний акриловый клей с чувствительностью к давлению, по тому же шаблону, который использовался ранее для электродных полосок. Теперь расположите ленту поверх абляционных электродных полосок.

Прижмите ленту, чтобы обеспечить надежное соединение. Затем удалите защитный слой с двухсторонней ленты Melin X и выровняйте ее для обеспечения связи между массивами микроигл и массивами электродов из угольной пасты. Смешайте 10 mg глюкозооксидазы и 2,2 mg полиэтиленимина до получения однородной глюкозочувствительной угольной пасты.

Затем добавьте 60 milligrams порошка родия на угле и смешайте с 40 milligrams минерального масла. Храните пасту при температуре four degrees Celsius. Для pH-чувствительной угольной пасты смешайте 30% минерального масла и 70% графитового порошка. С помощью тонкого кусочка пластика в качестве шпателя плотно заполните полость электрода пастой до получения гладкой поверхности.

Повторите процедуру со второй чистой лодочкой для взвешивания до тех пор, пока не будет удален избыток пасты. Затем промойте деионизированной водой. Далее нанесите каплю свежеприготовленного раствора fast blue объемом 20 µL на электрод с плотно упакованной пастой.

После 30-минутного периода инкубации промойте электрод из углеродной пасты, чувствительный к лактату, деионизированной водой. Смешайте 2,5 milligrams порошка родия на угле с 2,5 milligrams лактатоксидазы. Поочередно подвергайте смесь пятиминутному воздействию ультразвука и пятиминутному перемешиванию на вортексе в течение пяти циклов.

Затем поместите пасту в полость электрода. В завершение промойте деионизированной водой для определения лактата. Измерьте хроно- и параметрический отклик сенсора и зафиксируйте значение тока через 15 секунд для определения глюкозы.

Измерьте хроноамперометрический отклик датчика для последовательного построения калибровочных кривых для датчиков лактата и глюкозы. Добавьте соответствующий аналит перед проведением хроноамперометрических и параметрических измерений. В качестве альтернативы выполните хроноамперометрические и параметрические измерения при фиксированном потенциале в условиях перемешивания.

Оставляйте достаточное время между каждым добавлением аналита для стабилизации тока. Для мониторинга pH проводите циклическое вольтамперометрическое сканирование и фиксируйте значения потенциала пика окисления; постройте калибровочные кривые pH, измеряя положение потенциала пика окисления на записанных циклических вольтамперограммах для ряда известных значений pH. Процесс создания мультиплексного сенсора на основе микроигл начинается с проектирования массива микроигл в SolidWorks, после чего в Magic's RP 13 проектируются поддерживающие структуры.

На этих микрофотографиях, полученных с помощью сканирующего электронного микроскопа, показана матрица микроигл и одна отдельная микроигла из этой матрицы. Сенсорная платформа датчика на основе микроигл создается путем лазерной абляции для формирования массивов электродов в плоском гибком кабеле с последующим заполнением этих массивов угольной пастой. Электрокаталитические реакции для глюкозы и лактата представлены вместе с рабочими параметрами детектирования.

Данная типичная калибровка лактат-чувствительной пасты с 15-секундным хронометрическим сканированием демонстрирует, что каждое увеличение тока соответствует добавлению 2 мМ лактата. Используется одно непрерывное хронометрическое сканирование, в то время как калибровка датчика по глюкозе проводится путем добавления известных концентраций глюкозы с последующим дожиданием стабилизации тока. На данной схеме представлены электрокаталитические реакции для определения кислотности; циклические вольтамперограммы pH-чувствительной микроиглы в 0,1 М фосфатном буфере показаны для четырех различных растворов со значениями pH от 5 до 8 с шагом в одну единицу.

Поскольку потенциал окислительного пика смещается при увеличении значений pH, это явление используется в качестве индикатора значения pH. При должном навыке данное устройство может быть изготовлено за два дня. При выполнении данной процедуры важно отметить, что различные виды углеродных материалов теряют свою селективность при смешивании друг с другом.

После выполнения данной процедуры к электродной матрице можно добавить дополнительные селективные углеродные элементы для мониторинга других аналитов в коже. Разработка этого устройства может открыть исследователям в области носимых сенсоров путь к проведению медицинской диагностики и изучению фундаментальных вопросов биомедицины.