Multiplexed Transdermal Elektrokimyasal Algılama Hollow microneedle tabanlı Sensör

Bu prosedürün genel amacı, eş zamanlı olarak ölçülebilen çeşitli hedef analitlerin transdermal elektrokimyasal tespiti için çoklu bir mikroiğne tabanlı sensör üretmektir. İlk adım, gizli litografi kullanarak içi boş mikroiğne dizileri üretmek ve lazer mikro işleme ile elektrot dizisi boşlukları oluşturmaktır. Ardından, münferit karbon pastalar hazırlanır ve elektrot dizisi boşlukları doldurulur.

Ardından, her bir karbon pastayı fizyolojik olarak ilgili konsantrasyon aralıkları üzerinden kalibre edin. Sonuç olarak, çeşitli biyomedikal uygulamalar için karmaşık fizyolojik mikroortamlarda birden fazla analiti aynı anda ölçebilen transdermal in vivo elektrokimyasal bir cihaz oluşturulur. Bu tekniğin mevcut yöntemlerinize göre temel avantajı, minimal invaziv bir şekilde çoklu algılama yapabilme yeteneğidir.

Bu cihaz; akut tıbbi yanıtları ölçmek, fiziksel egzersiz sırasındaki adaptasyonları anlamak ve cildi etkileyen hastalıkları izlemek için bir araştırma aracı olarak kullanılabilir. Bu InVivo mikroiğne sensörünün kapsamı, tümör mikroçevrelerinin tümör proliferasyonu ve metastazı için gösterge olabilmesi nedeniyle cilt tümörlerinin teşhisine kadar uzanmaktadır. Bu cihazla amacımız, dermal interstisyel sıvıya elektrokimyasal analiz için erişmek amacıyla mikroiğne dizilerini minimal invaziv bir mekanizma olarak kullanmaktır.

Üç boyutlu modelleme yazılımı SolidWorks ile başlayarak parametrik şekilli içi boş bir mikroiğne dizisi tasarlayın. Ardından, Magic's RP 13 yazılımını kullanarak, mikroiğnelerin üzerine inşa edileceği bir taban sağlayan bir destek yapısı tasarlayın. Sonrasında, üretim sürecini refactory RP yazılımı kullanarak kontrol edin.

Hem bağlantılı destek hem de mikroiğne dizisi dosyalarını yükleyin. Ardından, üretilecek mikroiğne dizilerinin sayısını seçin ve pery hızlı prototipleme üretim sistemindeki üretim plakası üzerindeki cihaz yerleşimini belirleyin. 100 milliwatt değerinde ultraviyole modunu seçin ve kalibrasyon prosedürünü gerçekleştirin.

Enerjideki sapmanın artı veya eksi iki milliwatt dahilinde olduğunu doğrulayın. Mikroiğne dizisinin imalatı tamamlandığında, mikroiğne dizisini taban plakadan çıkarın. 15 dakika boyunca izopropanol ile geliştirme yapın.

Ardından, tam polimerizasyonu sağlamak için dizileri basınçlı hava ile kurutun. Mikroiğneleri oda sıcaklığında 50 saniye boyunca kürleyin. Mikroiğneleri ışık mikroskobu ile inceleyin.

Tamamen üretilmiş her bir mikroiğne boşluğunun içi boş ve tıkanmamış olduğunu doğrulayın. Düz, esnek bir kablo içindeki, tek tek adreslenebilir bağlantı bakır tellerini açığa çıkarın. Lazer ablasyonu için desenler oluşturun ve bu desenleri lazer sistemine gönderin.

Şimdi, kabloları bir aparat içerisine yerleştirerek lazer ablasyon plakası üzerinde düzgünce hizalayın; yükseltme yaklaşımı ile esnek kablonun yalıtkan kısmında 500 mikrometre çapında kaviteler oluşturun. Modifiye edilmiş düz esnek kabloları, aseton püskürten bir hava fırçası ile temizleyin. Bu işlemi 40 PSI basınçta gerçekleştirin, ardından bir ışık mikroskobu altında izopropanol ve deiyonize su ile durulayın.

Açıkta kalan bakır şeritlerin üzerinde herhangi bir yalıtkan film kalmadığını doğrulayın. Bir sonraki adım, karbon pastalar için tutucu bir boşluk oluşturmaktır; bunun için elektrot şeritleri için daha önce kullanılan desende, tek taraflı basınca duyarlı akrilik yapıştırıcı içeren ABL melanox bant kullanın. Şimdi bandı ablate edilmiş elektrot şeritlerinin üzerine yerleştirin.

Uygun bir bağlantı sağlamak için bandı sıkıştırın. Ardından çift taraflı melin X bandını ablate edin ve mikroiğne dizileri ile karbon pasta elektrot dizileri arasında bağlanmayı sağlamak için bandı hizalayın. 10 milligrams glukoz oksidaz ve 2.2 milligrams polietilen amin'i homojen, glukoza duyarlı bir karbon pasta haline gelene kadar karıştırın.

Ardından 60 mg karbon üzerinde rodyum tozu ekleyin ve 40 mg mineral yağ ile karıştırın. pH duyarlı karbon pastası için pastayı 4 °C'de saklayın. %30 mineral yağ ve %70 grafit tozunu karıştırın. Malaya olarak ince bir plastik parçasını kullanarak, pürüzsüz bir yüzey elde edilene kadar pastayı elektrot boşluğuna doldurun.

Fazla pasta temizlenene kadar işlem ikinci bir temiz tartım kabı ile tekrarlanır. Ardından deiyonize su ile yıkanır. Daha sonra, paketlenmiş pasta elektrodun üzerine taze hazırlanmış 20 µL fast blue çözeltisi damlatılır.

Laktata duyarlı karbon pasta için 30 dakikalık inkübasyon süresinin ardından, deiyonize su ile durulama yapın. 2,5 miligram karbon üzerinde rodyum tozunu 2,5 miligram laktat oksidaz ile birleştirin. Beş rotasyon boyunca beş dakika sonikasyon ve beş dakika vorteksleme işlemini dönüşümlü olarak uygulayın.

Pastayı elektrot boşluğuna paketleme işlemine geçin. Son olarak, laktatı tespit etmek için deiyonize su ile durulayın. Sensörün krono ve parametrik yanıtını ölçün ve glikozu tespit etmek için 15 saniye sonraki akımı kaydedin.

Laktat ve glukoz sensörleri için sırasıyla kalibrasyon eğrileri oluşturmak amacıyla sensörün kronoamperometrik yanıtını ölçün. Krono ve parametrik ölçümlerden önce ilgili analiti ekleyin. Alternatif olarak, karıştırma işlemi sırasında sabit potansiyelli krono ve parametrik ölçümler gerçekleştirin.

Akımın stabilize olması için her analit eklemesi arasında yeterli süre tanıyın. pH'ı izlemek için siklik voltametrik taramalar gerçekleştirin ve oksidatif pik potansiyel değerlerinin konumlarını kaydedin; bir dizi bilinen pH değerinde kaydedilen siklik voltammogramlardaki oksidatif pik potansiyelinin konumunu ölçerek pH kalibrasyon eğrileri oluşturun. Multiplexlenmiş bir mikroiğne tabanlı sensör oluşturma süreci, önce SolidWorks'te mikroiğne dizisinin tasarlanması, ardından magic's RP 13'te destek yapılarının tasarlanmasıyla başlar.

Bu taramalı elektron mikrograflar, bir mikroiğne dizisini ve bu dizideki tek bir mikroiğneyi göstermektedir. Mikroiğne tabanlı sensörün algılama platformu, düz ve esnek kablo üzerindeki elektrot dizilerini oluşturmak için lazer ablasyonu kullanılarak ve ardından bu diziler karbon pasta ile doldurularak oluşturulmuştur. Glukoz ve laktat için elektrokatalitik reaksiyonlar, tespit için gereken çalışma parametreleri ile birlikte sunulmuştur.

Laktat duyarlı pastanın bu tipik kalibrasyonu, 15 saniyelik kronometrik taramalarla, akımdaki her artışın iki milimolar laktat eklemesine karşılık geldiğini göstermektedir. Tek bir sürekli kronometrik tarama kullanılırken, sensörün glukoz kalibrasyonunun izlenmesi, glukoz konsantrasyonları eklenerek ve ardından akımın stabilize olması sağlanarak gerçekleştirilir. Bu şema, buradaki asitliğin tespiti için elektrokatalitik reaksiyonları göstermektedir; 0,1 molar fosfat tamponundaki pH duyarlı mikroiğnenin siklik voltammogramları, beşten sekize kadar birer birimlik artışlarla değişen pH değerlerine sahip dört farklı çözelti üzerinden gösterilmiştir.

Oksidatif pik potansiyeli artan pH değerleriyle birlikte kaydığından, bu fenomen pH değerinin bir göstergesi olarak kullanılır. Uzmanlaşıldığında, bu cihaz iki gün içinde uygun şekilde üretilebilir. Bu prosedür uygulanırken, çeşitli karbonların birbirleriyle karıştırılmaları durumunda seçiciliklerini korumayacaklarının unutulmaması önemlidir.

Bu prosedürün ardından, ciltteki diğer analitleri izlemek amacıyla elektrot dizisine ek seçici karbon yüzeyler eklenebilir. Bu cihazın geliştirilmesi, giyilebilir sensörler alanındaki araştırmacıların tıbbi teşhisler yapmalarının ve temel biyomedikal bilim sorularını araştırmalarının önünü açabilir.