Spre plasture adeziv portabil auto-alimentat, cu matrice flexibilă de microneedle pentru transdermic
Hao Wang
1 Departamentul de inginerie electrică și informatică, Universitatea Națională din Singapore, 4 Engineering Drive 3, Singapore, 117576, Singapore
2 Center for Sensors and MEMS, National University of Singapore, 4 Engineering Drive 3, Singapore, 117576, Singapore
3 Singapore Institute for Neurotechnology (SiNAPSE), Universitatea Națională din Singapore, 28 Medical Drive, # 05 - COR, Singapore, 117456, Singapore
4 NUS Suzhou Research Institute (NUSRI), Parcul Industrial Suzhou, Suzhou, 215123, P. R. China
Giorgia Pastorin
5 Departamentul de Farmacie Universitatea Națională din Singapore, Singapore, 117543, Singapore
6 NanoCore, Facultatea de Inginerie, Universitatea Națională din Singapore, Singapore, 117576, Singapore
7 NUS Graduate School for Integrative Sciences and Engineering, Centre for Life Sciences (CeLS), Singapore, 117456, Singapore
Chengkuo Lee
1 Departamentul de inginerie electrică și informatică, Universitatea Națională din Singapore, 4 Engineering Drive 3, Singapore, 117576, Singapore
2 Center for Sensors and MEMS, National University of Singapore, 4 Engineering Drive 3, Singapore, 117576, Singapore
3 Singapore Institute for Neurotechnology (SiNAPSE), Universitatea Națională din Singapore, 28 Medical Drive, # 05 - COR, Singapore, 117456, Singapore
4 NUS Suzhou Research Institute (NUSRI), Parcul Industrial Suzhou, Suzhou, 215123, P. R. China
Date asociate
Ca serviciu pentru autorii și cititorii noștri, această revistă oferă informații de susținere furnizate de autori. Astfel de materiale sunt evaluate de colegi și pot fi reorganizate pentru livrare online, dar nu sunt editate sau copiate. Problemele de asistență tehnică care decurg din informații de sprijin (altele decât fișierele lipsă) ar trebui să fie adresate autorilor.
Dispozitivele medicale electronice flexibile purtabile au primit o atenție majoră recent datorită practicabilității lor considerabile pentru mai multe aplicații, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, inclusiv monitorizarea sănătății și administrarea medicamentelor pentru tratamentul bolii. 11, 12, 13 Metoda tradițională de administrare a medicamentelor folosind ace hipodermice poate fi un proces neplăcut pentru mulți pacienți. Astfel, abordările de administrare a medicamentelor transdermice pe bază de micronee au fost investigate prin schimbarea diferitelor tipuri de materiale și configurații. 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41
O altă caracteristică cheie pentru dispozitivele medicale purtabile este metoda de fixare. Bandajul medical acrilic este utilizat pe scară largă pentru plasturi medicali. Cu toate acestea, există cereri crescânde de sclavii medicale mai puțin iritante și biocompatibile, deoarece pielea îmbătrânită este mai sensibilă și mai vulnerabilă la o expunere prelungită, de exemplu, administrarea de insulină, ca în cazul plasturilor medicali convenționali. Adezivul uscat, care este inspirat de structura ierarhică a părului pentru picioare Gecko, 43, 44 are mai multe avantaje în comparație cu bandajele medicale acrilice convenționale: În primul rând, prezintă aderență repetabilă și restaurabilă cu curățarea suprafeței după fiecare utilizare. În al doilea rând, structura fizică pentru a genera forța adezivă este mai puțin afectată de contaminarea suprafeței, oxidare și alți stimuli de mediu. În al treilea rând, spațiul dintre stâlpi pentru ventilația aerului ar trebui să ofere o biocompatibilitate mai bună. Prin urmare, adoptăm și adezivul uscat pentru fixarea întregului dispozitiv pe piele.
Vă propunem un plasture adeziv extensibil, cu microneglă, atașat pe suprafața plană a pielii sau pe părțile articulare, adică cot și articulație, așa cum se arată în Sistem 1 A. Întregul plasture de piele este alcătuit din patru componente funcționale: plasture flexibil de microneglă; plasture adeziv uscat; plasture de recoltare a energiei triboelectrice și sistem de livrare a medicamentelor cu pompe și rezervoare de medicamente conectate la plasturele de piele cu microreglă flexibil. Structura detaliată este descrisă în Schema Schema1b. 1 b. Plasturii microneedle și triboelectrici sunt conectați cu trei plasturi adezivi uscați pentru a face întregul dispozitiv portabil să poată fi fixat pe suprafața curbată a pielii. Sistemul de control microfluidic cu pompă și rezervoare de medicamente 57 poate fi asamblat în partea din spate a plasturelui cu microneglă pentru a controla eliberarea medicamentului după penetrarea pielii. Principiul de funcționare detaliat al sistemului de pompare este furnizat în Figura S3 (Informații suport).
a) Conceptul plasturelui de piele flexibil cu microneglă atașat pe braț, cot și articulație. Patch-ul este format din patru componente funcționale integrate pe o întreagă foaie PDMS: patch-ul Microneedle; Patch adeziv uscat, plasture TEH și sistem de pompare. b) Structura detaliată și componentele funcționale ale plasturelui flexibil al microneglelor; c) Structura detaliată a unei micronefe individuale îndoite; d) Structura detaliată a stratului patch-ului TEH; e) Imaginea plasturelui de piele fabricat; f) Atașați plasturele pe o suprafață plană a pielii, cum ar fi brațul, puterea poate fi generată prin apăsarea și ridicarea plasturelui TEH d) Atașați plasturele la articulație precum cotul sau degetul, puterea poate fi generată prin îndoirea și desfacerea cotului sau a degetului.
Structura unui microcâlc îndoit individual este prezentată în Schema Schema 1c 1 c în care constă dintr-o bază de stâlp pliabilă cu patru grinzi și un vârf rigid ascuțit. Baza stâlpului flexibilă este realizată din PDMS cu rigiditate optimizată pentru a asigura o rată de succes ridicată a penetrării pielii, în timp ce este permisă o anumită deformare a volumului. Un vârf ascuțit rigid pentru pătrunderea pielii poate fi asamblat pe structura de bază a stâlpului cu patru grinzi prin utilizarea litografiei cu desen dublu. 58, 59 Decalajele dintre stâlpi pot fi parțial umplute cu aceleași materiale pentru a forma microacole în timpul etapei de litografiere a desenului. Asigură ancorarea între vârful ascuțit și baza moale pentru a fixa vârful ascuțit pe baza moale și a-l proteja de rupere atunci când întreaga microneferă este îndoită. O altă componentă funcțională este patch-ul TEH pentru recoltarea de energie. Suprafața de contact triboelectrică cu structură micropatternată PDMS poate spori performanța. Aici, am folosit matricea micropillar cu și fără blat de ciuperci, care se obține din același proces de fabricație a plasturelui adeziv uscat, ca micro structura de suprafață pentru plasturele TEH. Între timp, am testat și eșantionul cu micro structură piramidală, care este utilizată în mod normal pentru THE, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66 ca comparație.
Au fost dezvoltate două metode pentru a genera energie din plasturele TEH prin aplicarea plasturelui de piele pe diferite locații ale corpului uman. Când plasturele este atașat la cotul unui antebraț drept, distanța dintre două plasturi adezivi uscați este puțin mai mică decât lungimea plasturii TEH. Astfel, plasturele TEH este îndoit și nu are contact cu suprafața pielii în această stare inițială. Apoi, atunci când articulația este îndoită, plasturele TEH este întins și în contact cu pielea. Apoi, când îmbinarea este din nou dreaptă, spațiul dintre două plasturi adezivi uscați este comprimat pentru a face TEH îndoit și separat de piele. Puterea poate fi recoltată prin repetarea acestui ciclu așa cum este ilustrat în Scheme Scheme1 1 g.