喷墨印刷制造的生物阻抗传感器将进一步降低检测成本_智慧城市

前言

癌症可能是21世纪最关键的医疗急救。这种对现代社会的影响最合乎逻辑的结果是全世界科学家为对抗癌症进行了大量的研究。在某些情况下，实验侧重于寻找治愈或控制疾病的方法，而在其他一些情况下，研究更多地侧重于癌症的早期诊断。事实上，及时识别疾病是有效治疗方法的关键之一。目前采用的诊断方法是基于最先进的程序，如活检，生物医学成像和生化测试。然而，最近，许多其他诊断方法正在实验室规模上开发，以提高癌症检测的时机和效率。对新诊断方法的需求源于许多目前采用的方法的侵入性(例如活检)或危险性。

检测癌细胞存在的最有希望的方法之一是电化学阻抗谱。活体组织对交流阻抗信号的驱动频率有一种特殊的反应。这种反应取决于细胞的生物学特性，不同的组织呈现不同的反应。事实上，肿瘤细胞会局部改变酸度或温度等生理参数。已证明电化学阻抗谱能够检测构成器官的细胞状态的变化(如代谢毒性的存在)，并有效区分健康组织和肿瘤组织。作为诊断技术，电化学阻抗谱快速、相对无创、无成本，但在所有情况下，传感电极都必须插入感兴趣的组织内。这种电极通常呈针的形状，在某些情况下，还可以根据要求输送药物。这种电极可以嵌入通过微加工获得的小型化探针中。从实用的角度来看，这种方法被证明是有利的，它通常使用属于光刻技术类别的微制造技术。然而，这个探针的制备成本高昂，并且当需要高度定制化时，它并不灵活。

研究内容

在寻求新的制造方法的过程中，制造电化学阻抗谱探针的一个有趣的选择是喷墨打印。这种技术是基于喷嘴的受控液滴排放。包含必须以溶液或悬浮液形式沉积的材料的液滴以空间控制沉积在基底上，以允许图案化。喷墨材料印刷允许可扩展和低成本的微制造，并且在某些情况下，可以替代最先进的技术，如平版印刷术。此外，喷墨打印可以通过喷墨打印和选择性金属化与生物阻抗传感器的金属制造相集成。这种方法，已经在其他添加剂制造技术的情况下得到证明。鉴于这些考虑，米兰理工学院的研究人员的研究目标是设计、建造和验证一个全喷墨打印的电化学阻抗谱探针。这项工作的主要挑战是避免在所有生产阶段使用光刻技术，生产出能够区分不同活组织(以及潜在的健康组织和肿瘤组织)的毫米级电化学阻抗谱探针。探针的主体是通过喷墨打印SU-8实现的，SU-8是一种广泛使用的负性光刻胶。

实验方法

集成生物阻抗探针的形状是一个29 mm × 2.6 mm的平行四边形，包含导电轨和焊盘。轨道宽度被限制为最小150um，焊盘尺寸为500米× 500米。四个连接焊盘位于探针的一侧。这些焊盘通过轨道连接到四个有源焊盘。需要四个有源焊盘是因为需要使用四电极设置来测量阻抗。相对于等效的双电极设置，这种配置保证了更高的精度。目前工作的主要创新点在于构建探针所采用的制造工艺。相反，为探针结构部分选择的材料是微制造器件的常用选择:SU-8光聚合物。SU-8因其惰性、良好的机械性能和生物相容性而被广泛应用于微细加工领域。SU-8是喷墨打印的，以实现探头的主体，并对焊盘和轨道进行图案化。后者是用铂实现的，铂具有生物相容性和高导电性。铂在SU-8印刷掩模内采用电沉积形成图案。