양적, 피부가 상처 관리를위한 등각 피부와 같은 전자 시스템의 제조 및 특성
Summary
This article presents methods to fabricate and characterize a conformal, skin-like electronic system and protocols for the use in clinical applications, particularly on cutaneous wound management.
Abstract
Recent advances in the development of electronic technologies and biomedical devices offer opportunities for non-invasive, quantitative assessment of cutaneous wound healing on the skin. Existing methods, however, still rely on visual inspections through various microscopic tools and devices that normally include high-cost, sophisticated systems and require well trained personnel for operation and data analysis. Here, we describe methods and protocols to fabricate a conformal, skin-like electronics system that enables conformal lamination to the skin surface near the wound tissues, which provides recording of high fidelity electrical signals such as skin temperature and thermal conductivity. The methods of device fabrication provide details of step-by-step preparation of the microelectronic system that is completely enclosed with elastomeric silicone materials to offer electrical isolation. The experimental study presents multifunctional, biocompatible, waterproof, reusable, and flexible/stretchable characteristics of the device for clinical applications. Protocols of clinical testing provide an overview and sequential process of cleaning, testing setup, system operation, and data acquisition with the skin-like electronics, gently mounted on hypersensitive, cutaneous wound and contralateral tissues on patients.
Introduction
임상 연구 및 생물 의학 연구에서, 상처 치유의 모니터링은 상처 1,2의 조직 형태 학적 변화의 조직 학적 평가를 기반으로하는 침습적 방법에 초점을 맞추고있다. 최근, 전자 기술의 급속한 발전을 육안 또는 디지털 촬상 3,4- 공 초점 주사 현미경 및 분광기를 통해 프로세스 4,5- 상처 치유를 검사 할 수 고정밀 영상 및 분석 도구의 개발을 가능하게한다. 그러나, 이러한 접근법은 촬상 높은 비용, 복잡한 광학 도구 및 조작이 필요하며, 더욱 중요하게는, 환자는 시험 중에 고정화 할 필요가있다. 따라서,보다 정확한 상처 관리를 제공하기 쉬운, 비 침습성 정량 저렴하고있는 새로운 다기능 장치 및 시스템에 대한 요구가 존재한다.
여기서는 온도 및 열 condu 정확한 실시간 매핑을 제공 피부 같은 전자 시스템을 소개ctivity과 비 침습적 장치의 등각 적층 통하여 상처 부위에서 가열의 정확한 수준을 제공한다. 이 장치는 표피 6-9의 기술, 기계 및 재료 특성에 맞도록 설계되어 피부 표피 장착형 전자 시스템 (굽힘 강성, 총 두께, 유효 계수, 질량 밀도)의 클래스를 나타낸다.
이 장치는 생체 적합성, 피부 친화적 인, 방수 설계, 세척 환자 (10)에 임상 응용 프로그램에 대한 소독 할 수있는 재사용 가능한 형태이다. 상처 조직 근처에 장착 등각 전자 장치는 수분에 상관 온도 (8)와 열 전도율 (13)의 양적 기록을 통해, 상처 11,12 증가 혈류량과 효소 반응에 의한 염증 단계 (상처 치유 과정의 하나), 캡처 . 실험 및 계산 연구 accommod하는 역학 최적 설계를 결정자연의 움직임을 먹고 기계 파괴하지 않고 균주를 적용하고 고 충실도 신호의 획득을 제공하는 피부 표면에 등각 라미네이트 피부와 같은 전자 기계 스트레칭의 기본 물리학을 캡처합니다.
이 문서에서 설명하는 프로토콜은 장치 청소, 임상 설정에서 장비 설정 및 피부 상처에 온도와 열전도도의 정량적 모니터링을위한 임상 응용 프로그램을 포함하여 준비 테스트, 피부와 같은 전자 시스템에 대한 마이크로의 방법을 제시한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
This article highlights the methods and protocols to fabricate a conformal, skin-like electronics system that enables conformal lamination near the wound tissues, which offers quantitative measurement of skin temperature and thermal conductivity mapping on the skin.
The key features include the utilization of novel techniques of materials transfer printing and hard-soft materials integration to design and develop the flexible/stretchable, soft electronic device. The use of biocompatible, elec…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 공학부, 버지니아 커먼 웰스 대학과 전자 장치의 일부 라이트 버지니아 마이크로 일렉트로닉스 센터의 미세 시설에서 제조되었다에서 시작 기금에 의해 지원되었다. 우리는 게시 된 기사 (10)로부터 획득 장치 및 임상 데이터 (이 논문의 그림 3 및 5)에 대한 공헌을 한 연구자를 인정합니다. 주문 제작, 데이터 기록 소프트웨어 W.-HY 덕분 요시아키 핫토리.
Materials
| 3" Silicon wafer | University Wafer, USA | N/A | Use as carrier to fabricate the device |
| Acetone | Fisher Scientific, USA | A18-1 | Use to clean a wafer and to remove photoresist |
| Isopropanol (IPA) | Fisher Scientific, USA | A459-1 | Use to clean a wafer |
| AZ4620 photoresist | AZ Electrionic Materials, USA | N/A | Use to make patterns on metals and polymers |
| AZ400K developer | AZ Electrionic Materials, USA | N/A | Use to develop AZ4620 photoresist |
| Chromium etchant | Transene, USA | 1020AC | Use to etch Cr layer of device |
| Copper etchant | Transene, USA | ASP-100 | Use to etch Cu layer of device |
| Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit (PDMS) | Dow Corning, USA | 39100000 | Use as a substrate for 'dry' retrieval |
| PI2545 polyimide | HD MicroSystem, USA | N/A | Use to encapsulate metal layer |
| Solaris | Smooth-On, USA | N/A | Use as substrate and to encapsulate device |
| Petridish | Carolina, USA | 741255 | Use as mold to make substrate |
| Water-Soluble Wave Solder Tape 5414 | 3M, USA | AM000000217 | Use to retrive device from PDMS layer |
| High Activity Liquid Stainless Steel Flux | Worthington, USA | 331929 | Use to remove oxidation layer on Cu |
| Flexible, micro-film cable | Elform, USA | N/A (customized) | Use to make the electrical connection between the electronic device and the data acquisition system |
| pH Neutral Cleaner | Australian Gold, USA | N/A | Use as disinfectant solution to clean device in clinical testing |
| Solder | Kester, USA | 24-6337-9703 | Use as material to solder hard wires |
| Ultraviolet lamp | Cole-Parmer, USA | 97600-00 | Use to activate PDMS layer as hydrophilic surface |
| Multiplexer | FixYourBoard, USA | U802 | Use to acquire measurements from six sensing components |
| DC/AC current source | Keithley, USA | 6221 | Use to supply current |
| SMD Digital Hot Air Rework Station | Aoyue, China | 968A+ | Use to solder hard wires, to electrically connect between the device and external instruments |
| Infrared camera | FLIR, USA | 435-0001-01-00 | Use to take infrared images in experiment |
| Digital multimeter | Fluke, USA | 117 | Use to check electrical connection |
| Lock-in amplifier | Stanford Research System, USA | SR830 | Use to perform four-point-probe-measurement |
| Electron beam evaporator | 9 scale Vacuum Products, USA | N/A (customized) | Use to deposit thin films (Cu and SiO2) |
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