Name: fabrication and characterization of a conformal skin-like electronic system for quantitative, cutaneous wound management
Uploaded: 2015-09-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 50 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication and Characterization of a Conformal Skin-like Electronic System for Quantitative, Cutaneous Wound Management at JoVE.com

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.

장치 제조, 피부 적층, 및 특성에 대한 실험은 그림 1, 2에 나타낸, 4 버지니아 커먼 웰스 대학 (VCU), 리치몬드, 버지니아, 미국에서 바이오 인터페이스 나노 공학 연구실에서 수행이 자원 봉사자 모두를 포함했다. 이 연구는 VCU 임상 시험 심사위원회의 승인 (프로토콜 번호 : HM20001454)와 VCU 인간 연구에서 연구 지침을 따랐다. 임상 시험 심사위원회, 노스 웨스턴 대학, 시카고, 일리노이, 미국에 의해 승인 : (STU69718 수) 그림 3과 5의 장치 및 임상 데이터는 환자의 실험 프로토콜에 따라 수행되었다 게시 된 기사 (10)로부터 획득했다. 1. 디바이스 제조 참고 :도 2는 전체적인 제조 공정에 대한 개략도를 나타낸다. <ol><li> 캐리어 기판을 제조<ol><li> 다이아몬드 블레이드를 이용하여 전자 제품의 원하는 크기로 베어 3 실리콘 (SI), 웨이퍼를 잘라. 참고 : 약 절반 Si 웨이퍼는 상처 장치에 이상적인 크기를 제공합니다. </li><li> 아세톤 및 아이소 프로필 알코올 (IPA)과 Si 웨이퍼를 탈지. 탈 (DI) 물과 웨이퍼를 헹구고 나서, 질소로 건조하고 3 분 동안 110 ° C에서 열판에 탈수. </li><li> (10) 폴리 디메틸 실록산 (PDMS)의 혼합물 11g 제조 : 1 부피 기준의 비율과 경화제 및 시간 동안 진공 챔버에서 탈기 혼합물. 주 : PDMS가 건조 패턴의 검색을 위해 사용되며, 습식 화학 (아세톤) 이전 연구 7에서 기반 접근하는 것이 바람직하다 미세 가공, 인쇄 후 전송된다. </li><li> 스핀 코팅 한 5 분 동안 3,000 rpm에서 웨이퍼상의 PDMS 혼합 용액 g과 완전히 30 분 동안 150 ℃에서 핫 플레이트상에서 경화. </li></ol></li><li> 예금 소재와 패턴 전자 <ol><li> PDMS-C 치료자외선 (UV)과 oated 웨이퍼 표면의 친수성을 만들기 위해 3 분 동안 UV 램프 (8.9 mW의 / cm 2)을 사용하여 / 오존. 참고 : 친수성 ​​표면이 PDMS에 대한 자세한 층의 균일 한 코팅을 제공합니다. </li><li> Spincoat 폴리이 미드 (PI; 2 ㎖)을 5 분 동안 150 ℃에서 핫 플레이트상에서 1.2 μm의 두께의 층, 프리 베이크를 형성하기 위해 1 분 동안 4,000 rpm에서, 피펫에 의해, 웨이퍼를 코팅 된 PDMS 및 사후에 2 시간 동안 250 ℃에서 굽는다. </li><li> 입금 크롬 (CR)를 20 nm 두께의 층을 형성 한 후 전자빔 (e-beam) 증착을 이용하여 3 ㎛의 두께로 층을 형성하기 위해 구리 (Cu)를 증착하기 (기본 압력 : ~ 1 × 10-7 토르 증착 압력 : ~ 1 × 10-6 토르, 증착 속도 : 1 - 5 / s). 증발기에 매립 증착 제어기 인터페이스에 의해 막 두께를 모니터링. 참고 : 구리 층의 두께가 얇은 소자 및 CR 층의 마이크로 저항에 충분한 전기 전도도의 레벨을 제공한다(PI) 및 Cu 사이의 접착을 촉진하는 데 사용됩니다. </li><li> 10 초 동안 900 rpm으로 세 단계, 60 초 동안 1100 rpm으로 20 초 동안 4,000 RPM으로 포토 레지스트 (2 ml)에 Spincoat 한 다음 30 분 동안 75 ℃에서 핫 플레이트상에서 그것을 경화. 주 : 상기 순차 단계는 두꺼운 (&gt; 10 μm의) 포토 레지스트를 증착하기 위해 사용되었다. </li><li> 구리 전자 패턴 (센서; 프랙탈 &#39;아노&#39;설계 폭 및 인터커넥트들에이 35㎛로, 구불 구불 한 오픈 메쉬 디자인을 폭 50㎛의 사용)에 맞추고 Si 웨이퍼의 중심에서 UV 노광 장치를 사용하여 (전력 10 mW의 / 초) 노출 시간 (25)와 함께 사용. 주 : 프랙탈 구조는 단지 사행 특징 14에 비해 우수한 기계적 신축성을 제공하기 위해 사용된다. </li><li> , 분 (개발자 및 DI 워터 2 비율 1) 탈 물로 씻어, 질소 건조 희석베이스 개발자에 포토 레지스트를 개발한다. 마이크로를 사용하여 패턴 (구리 도형 및 상호 연결)​​을 검사범위는 기능의 크기를 확인하고 미립자에서 결함을 찾을 수 있습니다. 참고 : 원치 않는 결함이있는 경우, 아세톤 / IPA / 탈 이온수로 세척하여 포토 레지스트를 제거합니다. 질소로 건조시킨 후, 1.2.4에서 1.2.6로 단계를 반복합니다. </li><li> ~ 6 분 동안 습식 화학 에칭 제에 침지하여 실리콘 웨이퍼상의 Cu 층을 에칭 (10 ㎖ 1의 비율과 황산 암모늄 및 물의 혼합물 : 4, 40 ° C에서 8 ㎚ / 초의 에칭 속도), 세정 DI 물과 질소로 건조와. 어떤을 통해 에칭 패턴 현미경을 사용하여 패턴을 검사합니다. 참고 : 패턴을 통해 에칭하는 경우,이 장치의 처리 및 세척 과정에서 기계적인 파괴로 이어질 수있는 기능, 원치 않는 날카로운 모서리의 원인이 될 수 있습니다. 종래 테스트 결과는 오버 에칭 원래 패턴의 이상 ~ 20 % 미만은 상기 문제를 일으킨 것으로 나타났다. </li><li> 300 mTorr의 전력 : 200 W, CF 4 가스 : 5 초 압력 반응성 이온 에칭 (RIE와의 Cr 층을 에칭CCM, O 2 가스 : 10 SCCM) 5 분. 패턴을 검사합니다. 주 : CR 층의 에칭, RIE 처리가 Cu 층으로 불리한 반응을 일으키는 화학 습식 에칭하는 것이 바람직하다. </li><li> 각각의 웨이퍼를 아세톤 (10 ㎖), IPA (10 ml)에 용해시키고, DI 물 (20 ml)에 침지시켜 금속층에 남아 포토 레지스트를 제거한다. 그런 다음, 질소로 건조. </li><li> Spincoat PI 피펫에 의해 금속 증착 웨이퍼 (2 ㎖), 4000 rpm에서 1 분 동안 5 분 동안 150 ℃에서 핫 플레이트상에서 1.2 μm의 두께의 층, 프리 베이크를 형성하고, 포스트 베이크의하기 2 시간 동안 250 ℃로. </li><li> 10 초 동안 900 rpm으로 세 단계, 60 초 동안 1100 rpm으로 20 초 동안 4,000 RPM으로 포토 레지스트 (2 ml)에 Spincoat 한 다음 30 분 동안 75 ℃에서 핫 플레이트상에서 그것을 경화. </li><li> 구리 전자를 캡슐화 PI 패턴을 맞 춥니 다 (센서, 폭과 인터커넥트에 35 μm의 프랙탈 &#39;페 아노&#39;디자인 250와 뱀 오픈 메쉬 디자인노출 시간 25 초 10 mW의 / 초) : UV 노광 장치 (전원을 이용하여 미리 정의 된 도형 및 구리 배선과 μm의 폭). </li><li> , 분 (개발자 및 DI 워터 2 비율 1) 탈 물로 씻어, 질소 건조 희석 개발자와 포토 레지스트를 개발한다. 피처 크기를 확인하고, 미립자로부터 결함을 찾기 위해 현미경을 사용하는 패턴을 검사한다. 참고 : 원치 않는 결함이있는 경우, 아세톤 / IPA / 탈 이온수로 세척하여 포토 레지스트를 제거합니다. 질소로 건조시킨 후, 1.2.10에서 1.2.13로 단계를 반복합니다. </li><li> 25 분 동안 RIE (20 SCCM : 170 mTorr로, 전력 : 150 W, O 2 가스 압력)와 PI 층을 에칭. 패턴을 검사합니다. </li><li> 각각의 웨이퍼를 아세톤 (10 ㎖), IPA (10 ml)에 용해시키고, DI 물 (20 ml)에 침지하여 포토 레지스트를 제거 남아. 그런 다음, 질소로 건조. </li></ol></li><li> 탄성 막을 준비 <ol><li> 실리콘 혼합물 (1 캡슐화 10g을 준비한다 :1 볼륨베이스와 경화제의 비)와 적외선 카메라를 사용하여 피부에 온도 변화의 제어를 용이하게 측정하는 12시 59분 부피비로 흑색 잉크 (15)를 추가한다. 참고 : 사용되는 실리콘 (투명 캡슐 고무) 장치 (16)에 낮은 점도, 광학 선명도, 전기 절연 / 보호의 고유 한 특성을 제공한다. </li><li> 1 분 동안 150 rpm으로 배양 접시에서 혼합물의 Spincoat 8g / O를위한 N을 실온에서 500 μm의 두께 탄성 막과 치료를 형성한다. 주 : 재료가 균일 한 두께에 대한 평평한 표면에 배치 할 필요가있다. </li><li> 날카로운 면도날을 사용하여 X 30mm 70mm의 원하는 크기로 막 잘라 부드럽게 페트리 접시에서 분리. </li></ol></li><li> 검색 및 전자 전송 <ol><li> 수용성 테이프 (25mm X 80mm)를 잘라 제작 된 전자 패턴에 적층 부드럽게 및 130 ° C에서 열판에 배치3 분. 주 : 온도 상승 표면으로부터 전자 패턴의 분리 도와 Si 웨이퍼상의 PDMS 층을 확대. </li><li> 전자 패턴을 검색하기 위해 PDMS / 실리콘 웨이퍼로부터 빠르게 테이프를 분리. </li><li> 석출 20 ㎚의 전자 빔 증착법에 의해 검색 패턴에 50 nm 두께의 이산화 실리콘 (SiO2) 뒤에 CR (접착) 두께. </li><li> 표면을 활성화하기 위해 2 분 동안 타겟 실리콘 막에 UV 램프 (365 nm의, 8.9 mW의 / cm 2)을 이용하여 UV / 오존 처리한다. </li><li> 원하는 위치에 테이프 검색 패턴을 배치하고 고르게 기판까지 패턴의 상단 측으로부터 압력을 가하여 실리콘 막에 패턴을 전송. 5 분 동안 테이프를 용해 물을 뿌려야 함. 참고 자료 전송 한 처리가 공유 결합 (SI-O-시)에 의해 촉진되어 증착 된 실리콘 이산화물 및 UV 활성화 된 실리콘 기판 (17) 사이 </s&gt;까지. </li><li> 껍질은 테이프 떨어져, 1 분 동안 90 ° C에서 열판에 탈 이온수, 건조 씻어. </li></ol></li><li> 실리콘 막을 사용하여 장치를 캡슐화 <ol><li> (: 염기의 부피비 1 및 경화제 1) 실리콘 혼합물을 캡슐화 10g을 준비한다. </li><li> 패드 실리콘 코팅을 피하기 위해 하부 실리콘 막과 반 데르 발스 결합, PDMS에 의해 직사각형 부재 (22 × 6 × 1mm 3)와 케이블 접촉 패드 커버. </li><li> 4,000 rpm에서 실리콘 혼합물 5g Spincoat 1 분 이전에 전자 5 μm의 두께 층을 형성하기위한 다음 / O 동안 실온에서 N을 치료. </li></ol></li><li> 데이터 수집을위한 유연한 리본 케이블을 연결합니다 <ol><li> 깨끗한 표면을 3 초 동안 커넥터 패드, 피펫 팅에 의해 용강 플럭스 (0.5 ml)에 적용됩니다. </li><li> 고온에서의 압력과 접점에 얇은 플렉시블 리본 케이블을 결합 (&gt; 60 ° C). 일반적인 헤어 straightener은 취급이 용이하고 결합을 제공합니다. 주 : 마이크로 필름 케이블 실리콘에 전사 된 금속 막의 기계적 파괴를 피하기 위해, 종래의 하드 와이어 납땜하는 것이 바람직하다. </li><li> 디지털 멀티 미터를 사용하여 전기적 연결을 확인합니다. (~ 1cm 이격 거리)의 저항 값이 일단 센서 패드와 필름 케이블의 다른 쪽 끝 사이에 1 Ohm 미만 예상된다. </li><li> 단계 1.6.2에서 설명 된 것과 동일한 전략을 정의 인쇄 회로 기판에 리본 케이블의 다른 쪽 끝의 접합. </li><li> 디지털 멀티 미터를 사용하여 전기적 연결을 확인합니다. </li><li> PCB에 종래의 와이어를 납땜 데이터 수집 하드웨어 장치를 연결한다. </li></ol></li></ol> 2. 임상 시험 <ol><li> 소독액을 사용하여 장치 청소 <ol><li> (: 물 및 솔루션의 1 부피비 40) 희석 된 소독제 용액 205g을 준비합니다. </li><li> 스프레이장치의 용액 (10 g) 및 10 분 동안 담가. 참고 : 희석 된 살균 청소기 실온에서 저장 될 수있다. </li><li> 물에 세 번 헹구고 깨끗한 조직으로 건조. </li></ol></li><li> 디바이스 테스트에 대한 장비의 시리즈 셋업 <ol><li> 준비 및 전류원, 멀티플렉서, 및 데이터 기록을위한 노트북 컴퓨터에 설치된 소프트웨어와 함께 지정 잠금 증폭기를 연결한다. </li><li> 삼각대에 적외선 카메라를 놓고 참고로 온도 측정의 대상 객체에 초점을 맞추고있다. </li><li> 잠금에 앰프의 설정 시스템 매개 변수는 열전도도 측정 (주파수 : 1 3 Hz에서, 시간을 일정 : 3, 1 초, 감도 : 1 MV, 동적 예약 : 높은 예비) 및 온도 (주파수 : 997 Hz에서, 시간을 상수 : 300 밀리 초, 감도 : 2 MV, 동적 예약 : 저소음) 적용 정전류 (2 엄마와 함께). </li><li> 미세 및 전송 인쇄에 의해 준비되고 상처에 장착 된 두 개의 상처 장치를 연결하고오른쪽 환자로부터 데이터를 기록하기 전에 멀티플렉서 반대측 사이트. </li></ol></li><li> 레코드 온도 및 열전도 주 : 데이터 수집 소프트웨어가 원격 로크의 실시간 모니터링 및 데이터 저장을위한 증폭기를 제어 할 수있는 주문 제작된다. 온도 측정에있어서, 각 데이터 포인트는 20 초마다 300 밀리 초를 측정한다. 처음 10 초 및 다음 10 초 동안 데이터의 세트는 각각의 평균 온도 값과 표준 편차를 계산하는 데 사용된다. 기록 된 데이터는 적외선 열 화상 데이터와 비교 한 그래프를 플롯하는 데 사용되는 쉼표로 구분 된 값 파일로 저장됩니다. 열전도율의 측정에있어서, 3Ω 신호는 다음 분석적 직접적 열전도를 계산하는 데 이용되는 하드웨어 화면 (증폭기)로부터 판독된다. <ol><li> 조심스럽게 살균 알코올을 사용하여 피부에 장치 응용 프로그램 사이트 (10)를 쳐 문질러. </li><li> 2.3.2) 부드럽게 소프트 결합을 용이하게하기 위하여 손가락 피부에 장치를 눌러 원하는 피부 위치에 두 장치 라미네이트 수술 상처 부위에 하나 및 기준으로서 반대측의 위치에 다른. </li><li> 데이터 수집을 시작하여 장치의 열전도율에 관련된 전기 전압 (3Ω)를 측정. </li><li> 피부에 장치의 등각 접촉을 확인 얻어진 데이터를 평가; 이상 값 (&lt;0.1 ​​W는 / mK의)는 장치의 접촉 불량을 보여줍니다. </li><li> 커스텀 소프트웨어를 통해 온도 분포 및 기록 데이터를 결정하는 전기 저항을 측정한다. </li><li> 피부에 두 장치의 광학 및 적외선 이미지를 가져 가라. </li><li> 권취 장치 (2.3.5)에서 기록 된 데이터와 이미지에서 IR 온도 값을 비교한다. 사용자 정의 스프레드 시트의 열을 구분하는 데 두 값을 추가합니다. </li></ol></li><li> 기록 된 데이터를 분석 <ol><li> 에 기록 된 데이터를 내보내기자동 장치에서 센서의 배열에서 온도 및 열전도율을 계산 템플릿을 정의. </li><li> 한달에 걸쳐 비교 데이터 (온도와 다른 시간 스케일 센서 위치에 따라 열전도율) (네 일 1, 3, 15의 데이터 세트 및 30)을 플롯. </li><li> 온도와 시간에 따른 열전도 일련의 데이터를 비교하여 데이터를 분석; 급격한 상승과 값 또는 상처 부위에 상처 치유 단계 및 / 또는 예기치 않은 이상의 변화를 말해 놓습니다. </li></ol></li></ol>

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The authors declare that they have no competing financial interests.

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, electrically safe, silicone layers that completely enclose the device allows the electronics to be used for the first time in a realistic clinical setting, cutaneous wound management on patients. 
In the protocol of device preparation, the following steps are critical to enhance the fabrication yield. Wet chemical etching of the metal layer (Cu) in the device should involve extreme time control since the etching rate is faster than other metals. The major drawback of Cu over-etching is the change of the combined electrical resistance of the device, which requires additional optimization and adjustment of equipment parameters in the data acquisition system. It should be noted that multiple layers of a water soluble tape needs to be used to avoid fracture during retrieval process of the electronics dissociated from a carrying PDMS. After the transfer printing of electronics with a water soluble tape, it is very important to completely remove any residue from the dissolvable material (polyvinyl alcohol) using multiple rinsing with DI water. In the process of cable bonding to the device, extra caution is required since the device is on a highly compliant and bendable material (low-modulus silicone), while the cable is thin plastic. Thus, careless handling of the device may lead to cause fracture or plastic deformation of metal resistors.
The device characterization and evaluation reveals some limitations in the clinical use. The data acquisition process using a thin cable still requires the connection with a series of equipment, which hinders continuous, long-term recording of skin parameters, relevant to wound management. The measured electrical signals accompany the downstream analysis for diagnosis, which limits on-site/point-of-care use of the device and system. 
Further improvements of the electronic system include the development of the integration of a wireless power supply and telecommunication system with the device and smart-app interface that monitors the skin parameters, collects the data, and diagnoses automatically for alerting to medical personnel. 
In conclusion, new strategies and methods of mechanical analysis and materials processing present a class of technology to develop a conformal, skin-like electronic system for quantitative, cutaneous wound management on patients. The biocompatible, waterproof, easy-to-use, mechanically compliant device provides the functions and characteristics for the use in the clinical settings. This type of electronic system has a potential to address important issues in chronic wound management.

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.

<table><tbody><tr><td>3&quot; Silicon wafer</td><td>University Wafer, USA</td><td></td><td>Use as carrier to fabricate the device</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Fisher Scientific, USA</td><td>A18-1</td><td>Use to clean a wafer and to remove photoresist</td></tr><tr><td>Isopropanol (IPA)</td><td>Fisher Scientific, USA</td><td>A459-1</td><td>Use to clean a wafer</td></tr><tr><td>AZ4620 photoresist</td><td>AZ Electrionic Materials, USA</td><td></td><td>Use to make patterns on metals and polymers</td></tr><tr><td>AZ400K developer</td><td>AZ Electrionic Materials, USA</td><td></td><td>Use to develop AZ4620 photoresist</td></tr><tr><td>Chromium etchant</td><td>Transene, USA</td><td>1020AC</td><td>Use to etch Cr layer of device</td></tr><tr><td>Copper etchant</td><td>Transene, USA</td><td>ASP-100</td><td>Use to etch Cu layer of device</td></tr><tr><td>Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit (PDMS)</td><td>Dow Corning, USA</td><td>39100000</td><td>Use as a substrate for &#039;dry&#039; retrieval</td></tr><tr><td>PI2545 polyimide</td><td>HD MicroSystem, USA</td><td></td><td>Use to encapsulate metal layer</td></tr><tr><td>Solaris</td><td>Smooth-On, USA</td><td></td><td>Use as substrate and to encapsulate device</td></tr><tr><td>Petridish</td><td>Carolina, USA</td><td>741255</td><td>Use as mold to make substrate</td></tr><tr><td>Water-Soluble Wave Solder Tape 5414</td><td>3M, USA</td><td>AM000000217</td><td>Use to retrive device from PDMS layer</td></tr><tr><td>High Activity Liquid Stainless Steel Flux</td><td>Worthington, USA</td><td>331929</td><td>Use to remove oxidation layer on Cu</td></tr><tr><td>Flexible, micro-film cable</td><td>Elform, USA</td><td></td><td>Use to make the electrical connection between the electronic device and the data acquisition system</td></tr><tr><td>pH Neutral Cleaner</td><td>Australian Gold, USA</td><td></td><td>Use as disinfectant solution to clean device in clinical testing</td></tr><tr><td>Solder</td><td>Kester, USA</td><td>24-6337-9703</td><td>Use as material to solder hard wires</td></tr><tr><td>Ultraviolet lamp</td><td>Cole-Parmer, USA</td><td>97600-00</td><td>Use to activate PDMS layer as hydrophilic surface</td></tr><tr><td>Multiplexer</td><td>FixYourBoard, USA</td><td>U802</td><td>Use to acquire measurements from six sensing components&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>DC/AC current source</td><td>Keithley, USA</td><td>6221</td><td>Use to supply current</td></tr><tr><td>SMD Digital Hot Air Rework Station</td><td>Aoyue, China</td><td>968A+</td><td>Use to solder hard wires, to electrically connect between the device and external instruments</td></tr><tr><td>Infrared camera</td><td>FLIR, USA</td><td>435-0001-01-00</td><td>Use to take infrared images in experiment</td></tr><tr><td>Digital multimeter</td><td>Fluke, USA</td><td>117</td><td>Use to check electrical connection</td></tr><tr><td>Lock-in amplifier</td><td>Stanford Research System, USA</td><td>SR830</td><td>Use to perform four-point-probe-measurement</td></tr><tr><td>Electron beam evaporator</td><td>9 scale Vacuum Products, USA</td><td></td><td>Use to deposit thin films (Cu and SiO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;)</td></tr></tbody></table>

fabrication and characterization of a conformal skin-like electronic system for quantitative, cutaneous wound management

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.

도 1은 환자에 양적, 피부 상처 관리 용으로 설계된 공형, 피부와 같은 전자 시스템의 특성의 개요를 나타낸다. 다기능 전자 장치는 마이크로 프랙탈 구조 3,14 구성 및 필라멘트 뱀 뛰어난 기계적인 신축성과 굽힘 성을 제공하는 얇은 탄성 중합체 막에 9,17 추적합니다. 완전히 실리콘 층에 의해 둘러싸인 호환 장치 혼자 반 데르 발스 상호 작용을 통해 피부에 부드러운, 가역 적층 수 있습니다. 장치의 고유 한 특성은 실제 임상에서 사용하기위한 생체 적합성, 방수, 사용 편의성, 기계적 유연성을 포함한다. 이러한 중합체 및 금속 (실리콘, 폴리이 미드, 및 구리) 등의 복합 재료의 통합은 전기적 안전 방수 및 생체 장치 (도 2a)를 산출한다.프랙탈의 배열 (구리, 구리) 저항 (35 폭 μm의 두께 3 μm의)는 코어에 적용 굽힘 변형을 최소화하기 위해, 층 (두께 1.2 μm의, PI) 동봉 된 폴리이 미드에 의해, 중립 기계적인면에 위치 임상 응용 프로그램에서 물질 (CU). 실리콘 막에 상기 장치의 전체 두께 만 ~ 600 μm의 극도의 굽힘을 제공하는 것이다. 그림 (b)의 개략도는 피부와 같은 전자 시스템의 미세 프로세스를 설명합니다. 제조 방법은 새롭게 개발 전사 인쇄 기술 (검색, 전송, 본딩) 9,14,18,19와 종래 기술 미세 (금속, 포토 리소그래피 및 에칭)을 결합한다. 이러한 유형의 장치는 자동화 된 인쇄 장비 (20, 21)와 함께 대규모로 전사 인쇄를 이용하여 확장 할 수있다. 그림 3은 MECHANICA를 요약L 개의 신축성 및 피부 등의 전기 전자 기능은 이전에보고 된 10 일. 유한 요소법 (FEM)에 의한 기계 및 재료 연구는 자연의 움직임을 수용하고 기계 골절 (그림 3A, 위)없이, 임상 적 사용에 관련된 균주를 적용 할 수있는 최적의 시스템 설계를 제공합니다. 최대 30 % (그림 3AA, 아래)에 인장 변형과 프랙탈 구조의 기계적인 동작을 제공한다 실험 연구는 유한 요소 해석 결과와 잘 일치 함을 보여줍니다. (- 차원도 3B)와 마이크로 저항 소자는 온도 및 열 전도성 및 정밀한 국부 가열을 제공하는 정량 측정을 위해 사용된다. 온도 변화에 따른 전기 저항의 검량선은 적외선 카메라와 고감도 핫 플레이트 (도 3B)을 사용하여 수득 하였다. 열전도율의 측정 평가 방법이었다두 개의 서로 다른 교류 주파수 (그림 3C)에서 3 오메가 전압 신호를 사용하는 오메가 3의 기술 (13)에서 적응. 프랙탈 저항에 적용되는 전류는 (10 mW의와 35mA) 치료 모드 (그림 3D)에 제어 온도 작동을 제공 주울 가열을 발생합니다. 실제 임상 응용을 위해, 핸드 헬드 장치의 제안 된 세정 프로세스는 환자에 사용하기 전에 소독을 포함한다. 방수 장치에 소독액의 분무 물에 세 번 세척에 이어 임상 실험 (도 4a 및도 4b)을위한 장치를 준비한다. 장치의 생체 적합성의 질적 평가를 시각적으로 환자에 사용 다수의 사이클을 통해 피부 색깔과 질감의 변화를 조사 피부 표면 (도 4C)을 검사하는 디지털 접촉 현미경을 이용한다. 적외선 (IR​​) 온도 기록계HY는 홍반이 온도 상승 (22)이 발생 등 부작용 이후 2 주 (도 4d)에 대한 피부 상태의 정량적 인 평가를 할 수있다. 검사 장치는 상처 조직 및 (기준으로서) 반대측 위치 근처에 적층된다. 온도 및 열 전도도의 관련 파라미터는 기록 검사실에서 데이터 수집 시스템과 IR 촬상 (도 4E 및 4F)을 사용하여 수행된다. 도 5는 이전 연구에서 환자 (10)에 피부 상처 치유의 정량적 측정을 나타내는 데이터를 제공한다. 도 5a의 일련의 사진은 한달에 걸쳐 피부 탑재기와 상처 치유의 모니터링 과정을 도시한다. 블랙 잉크로 염색 권취 장치는 수술 상처 근처 적층시켰다. 펜은 정량적 DAT에 대해 동일한 위치에서 장치의 장착을 안내 피부에 마르크<html> 상처와 기준 사이트 간의 디바이스와 비교하여 센서들의 어레이를 이용하여 측정 온도 30 일 및 열 전도도의 변화에 하루 1 ~ 비교 상처 치유 위상을 포착, 염증 (도 5B - 5E). 열전도율 (도 5D - 5E)의 기록 변동 - 권취 장치에서는 고감도, 여섯 센서는 3 일 (5C도 5B)의 체온과 점 격렬한 염증의 미세 변화를 포착 할 수 있었다. 참조 데이터의 세트는 대조군으로 반대쪽 측면에서 측정 하였다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/53037/53037fig1.jpg" /> 도 환자 피부처럼 감겨 모니터링 장치의 특성 1. 개관.&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/53037/53037fig2.jpg" /> 그림 2. 장치 제조 (A) 왼쪽 장치 레이아웃 (도식 그림; 계층 1 :. 상단에 투명 실리콘 층 (2) : PI, 레이어 3 : 구리, 층 (4) : PI 및 층 (5) :에 검은 색 실리콘 하단) 및 완료, 유연한 / 신축성 전자 (오른쪽). 단계별 제조 공정 (단면도)의 (B) 그림. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53037/53037fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/53037/53037fig3.jpg" /> 그림 3. 장치 특성 (허가를 재현 <eM&gt; 고급 의료 재료, 3 (10), 1597-1607, 2014) 10. () 유한 요소법 (FEM) 결과 (위)과 단축 인장 변형까지 아래 프랙탈 구조의 해당 실험 결과 (아래) 장치 교정 세 센서를 이용한 열 전도성의 30 %. (B) 장치 교정 여섯 센서를 이용하여 온도의 측정. (C)의 측정. (D) 국소 주울 가열 마이크로 히터로 사용 된 장치의 적외선 체열 . <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53037/53037fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/53037/53037fig4.jpg" /> 4. 임상 실험 공정도. 세정액을 사용하여 장치 (A) 소독.임상 시험의 표면을 청소하기 위해 물 세척 (B). 디지털 접촉 현미경 (왼쪽)와 피부 (오른쪽)의 확대보기를 사용 (C) 피부 평가. (D) 온도의 정량적 평가를위한 피부의 적외선 열 화상 변화. (E) 시험 방에 상처 관리를위한 임상 설정. (F) 상처 (오른쪽 다리)와 반대편에 위치 (왼쪽 다리) 조직 근처 적층 장치의 확대 된 사진입니다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53037/53037fig4large.jpg" target="_blank">이의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오 그림.</a> <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/53037/53037fig5.jpg" /> 장치와 함께 상처 치유의 양적 관리 그림 5. 대표 데이터 (고급 의료 재료의 허가를 재현 </eM&gt;, 3 (10), 1597-1607, 2014) 10. 달의 과정을 통해 장치와 상처의 (A) 사진. 여섯 센서에서 한 달 동안 상처 주변의 온도 분포의 (B) 녹화 장치 (삽입). 참고로 반대편 위치에 온도 분포의 (C) 기록. 장치 (삽입)의 세 가지 센서와 1 개월 상처 주변의 열전 도성 (D) 기록. 열의 (E) 기록 참고로 반대편 위치에 전도성. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53037/53037fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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Fabrication and Characterization of a Conformal Skin-like Electronic System for Quantitative, Cutaneous Wound Management

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.

양적, 피부가 상처 관리를위한 등각 피부와 같은 전자 시스템의 제조 및 특성

Recent advances in the development of electronic technologies and biomedical devices offer opportunities for non-invasive, quantitative assessment of ...

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.8K 조회수.  Virginia Commonwealth University. 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. 

비디오: Fabrication and Characterization of a Conformal Skin-like Electronic System for Quantitative, Cutaneous Wound Management

Dual-mode Imaging of Cutaneous Tissue Oxygenation and Vascular Function

Accurate assessment of cutaneous tissue oxygenation and vascular function is important for appropriate detection, staging, and treatment of many health disorders such as chronic wounds. We report the development of a dual-mode imaging system for non-invasive and non-contact imaging of cutaneous tissue oxygenation and vascular function. The imaging system integrated an infrared camera, a CCD camera, a liquid crystal tunable filter and a high intensity fiber light source. A Labview interface was programmed for equipment control, synchronization, image acquisition, processing, and visualization. Multispectral images captured by the CCD camera were used to reconstruct the tissue oxygenation map. Dynamic thermographic images captured by the infrared camera were used to reconstruct the vascular function map. Cutaneous tissue oxygenation and vascular function images were co-registered through fiduciary markers. The performance characteristics of the dual-mode image system were tested in humans.

A dual-mode imaging system was developed for non-contact assessment of cutaneous tissue oxygenation and vascular function.

피부 조직 산소와 혈관 기능의 듀얼 모드 영상

Accurate assessment of cutaneous tissue oxygenation and vascular function is important for appropriate detection, staging, and treatment of many health ...

연구

의학

A Simplified Technique for Producing an Ischemic Wound Model

One major obstacle in current diabetic wound research is a lack of an ischemic wound model that can be safely used in diabetic animals. Drugs that work well in non-ischemic wounds may not work in human diabetic wounds because vasculopathy is one major factor that hinders healing of these wounds. We published an article in 2007 describing a rabbit ear ischemic wound model created by a minimally invasive surgical technique. Since then, we have further simplified the procedure for easier operation. On one ear, three small skin incisions were made on the vascular pedicles, 1-2 cm from the ear base. The central artery was ligated and cut along with the nerve. The whole cranial bundle was cut and ligated, leaving only the caudal branch intact. A circumferential subcutaneous tunnel was made through the incisions, to cut subcutaneous tissues, muscles, nerves, and small vessels. The other ear was used as a non-ischemic control. Four wounds were made on the ventral side of each ear. This technique produces 4 ischemic wounds and 4 non-ischemic wounds in one animal for paired comparisons. After surgery, the ischemic ear was cool and cyanotic, and showed reduced movement and a lack of pulse in the ear artery. Skin temperature of the ischemic ear was 1-10 &deg;C lower than that on the normal ear and this difference was maintained for more than one month. Ear tissue high-energy phosphate contents were lower in the ischemic ear than the control ear. Wound healing times were longer in the ischemic ear than in the non-ischemic ear when the same treatment was used. The technique has now been used on more than 80 rabbits in which 23 were diabetic (diabetes time ranging from 2 weeks to 2 years). No single rabbit has developed any surgical complications such as bleeding, infection, or rupture in the skin incisions. The model has many advantages, such as little skin disruption, longer ischemic time, and higher success rate, when compared to many other models. It can be safely used in animals with reduced resistance, and can also be modified to meet different testing requirements.

We have developed a minimally invasive technique to create a rabbit ischemic ear wound model by dividing the central artery and nerve and the cranial neurovascular bundle. A subcutaneous tunnel then cuts all subcutaneous tissues. This procedure causes minimal skin disruption and can be safely used in diabetic animals.

허혈성 상처 모델 생산을위한 단순화된 테크닉

One major obstacle in current diabetic wound research is a lack of an ischemic wound model that can be safely used in diabetic animals. Drugs that work ...

Generation of a Three-dimensional Full Thickness Skin Equivalent and Automated Wounding

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models reflect the human wound situation better than animal models. Although two-dimensional models are widely used to investigate processes such as cellular migration and proliferation, models that are more complex are required to gain a deeper knowledge about wound healing. Besides a suitable model system, the generation of precise and reproducible wounds is crucial to ensure comparable results between different test runs. In this study, the generation of a three-dimensional full thickness skin equivalent to study wound healing is shown. The dermal part of the models is comprised of human dermal fibroblast embedded in a rat-tail collagen type I hydrogel. Following the inoculation with human epidermal keratinocytes and consequent culture at the air-liquid interface, a multilayered epidermis is formed on top of the models. To study the wound healing process, we additionally developed an automated wounding device, which generates standardized wounds in a sterile atmosphere.

The goal of this protocol is to build up a three-dimensional full thickness skin equivalent, which resembles natural skin. With a specifically constructed automated wounding device, precise and reproducible wounds can be generated under maintenance of sterility.

3 차원 전체 두께 피부의 세대 동등한 및 자동화 부상

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models ...

생체공학

A Simple and Scalable Fabrication Method for Organic Electronic Devices on Textiles

Today, wearable electronics devices combine a large variety of functional, stretchable, and flexible technologies. However, in many cases, these devices cannot be worn under everyday conditions. Therefore, textiles are commonly considered the best substrate to accommodate electronic devices in wearable use. In this paper, we describe how to selectively pattern organic electroactive materials on textiles from a solution in an easy and scalable manner. This versatile deposition technique enables the fabrication of wearable organic electronic devices on clothes.

In this paper, we present a protocol to selectively deposit organic materials on textiles, which allows for the direct integration of organic electronic devices with wearables. The fabricated devices can be fully integrated in textiles, respecting their mechanical appearance and enabling sensing capabilities.

섬유에 유기 전자 장치를위한 간편하고 확장 가능한 제조 방법

Today, wearable electronics devices combine a large variety of functional, stretchable, and flexible technologies. However, in many cases, these devices ...

Human Ex vivo Wound Model and Whole-Mount Staining Approach to Accurately Evaluate Skin Repair

Chronic non-healing wounds, which primarily affect the elderly and diabetic, are a significant area of clinical unmet need. Unfortunately, current chronic wound treatments are inadequate, while available pre-clinical models poorly predict the clinical efficacy of new therapies. Here we describe a high throughput, pre-clinical model to assess multiple aspects of the human skin repair response. Partial thickness wounds were created in human ex vivo skin and cultured across a healing time course. Skin wound biopsies were collected in fixative for the whole-mount staining procedure. Fixed samples were blocked and incubated in primary antibody, with detection achieved via fluorescently conjugated secondary antibody. Wounds were counterstained and imaged via confocal microscopy before calculating percentage wound closure (re-epithelialization) in each biopsy. Applying this protocol, we reveal that 2 mm excisional wounds created in healthy donor skin are fully re-epithelialized by day 4-5 post-wounding. On the contrary, closure rates of diabetic skin wounds are significantly reduced, accompanied by perturbed barrier reformation. Combining human skin wounding with a novel whole-mount staining approach allows a rapid and reproducible method to quantify ex vivo wound repair. Collectively, this protocol provides a valuable human platform to evaluate the effectiveness of potential wound therapies, transforming pre-clinical testing and validation.

Here we demonstrate an optimized technique for assessing wound repair using ex vivo human skin combined with a whole-mount staining approach. This methodology provides a pre-clinical platform for the evaluation of potential wound therapies.

인간 Ex 생체 내 상처 모델 및 피부 수리를 정확하게 평가하기 위한 전산 염색 접근법

Chronic non-healing wounds, which primarily affect the elderly and diabetic, are a significant area of clinical unmet need. Unfortunately, current chronic ...

발생학

Generation of Self-assembled Vascularized Human Skin Equivalents

Human skin equivalents (HSEs) are tissue engineered constructs that model epidermal and dermal components of human skin. These models have been used to study skin development, wound healing, and grafting techniques. Many HSEs continue to lack vasculature and are additionally analyzed through post-culture histological sectioning which limits volumetric assessment of the structure. Presented here is a straightforward protocol utilizing accessible materials to generate vascularized human skin equivalents (VHSE); further described are volumetric imaging and quantification techniques of these constructs. Briefly, VHSEs are constructed in 12 well culture inserts in which dermal and epidermal cells are seeded into rat tail collagen type I gel. The dermal compartment is made up of fibroblast and endothelial cells dispersed throughout collagen gel. The epidermal compartment is made up of keratinocytes (skin epithelial cells) that differentiate at the air-liquid interface. Importantly, these methods are customizable based on needs of the researcher, with results demonstrating VHSE generation with two different fibroblast cell types: human dermal fibroblasts (hDF) and human lung fibroblasts (IMR90s). VHSEs were developed, imaged through confocal microscopy, and volumetrically analyzed using computational software at 4- and 8-week timepoints. An optimized process to fix, stain, image, and clear VHSEs for volumetric examination is described. This comprehensive model, imaging, and analysis techniques are readily customizable to the specific research needs of individual labs with or without prior HSE experience.

The goal of this protocol is to describe the generation and volumetric analysis of vascularized human skin equivalents using accessible and simple techniques for long term culture. To the extent possible, the rationale for steps is described to allow researchers the ability to customize based on their research needs.

자가 조립 혈관 인체 피부 등가물의 생성

Human skin equivalents (HSEs) are tissue engineered constructs that model epidermal and dermal components of human skin. These models have been used to ...

Generation of a Simplified Three-Dimensional Skin-on-a-chip Model in a Micromachined Microfluidic Platform

This work presents a new, cost-effective, and reliable microfluidic platform with the potential to generate complex multilayered tissues. As a proof of concept, a simplified and undifferentiated human skin containing a dermal (stromal) and an epidermal (epithelial) compartment has been modelled. To accomplish this, a versatile and robust, vinyl-based device divided into two chambers has been developed, overcoming some of the drawbacks present in microfluidic devices based on polydimethylsiloxane (PDMS) for biomedical applications, such as the use of expensive and specialized equipment or the absorption of small, hydrophobic molecules and proteins. Moreover, a new method based on parallel flow was developed, enabling the in situ deposition of both the dermal and epidermal compartments. The skin construct consists of a fibrin matrix containing human primary fibroblasts and a monolayer of immortalized keratinocytes seeded on top, which is subsequently maintained under dynamic culture conditions. This new microfluidic platform opens the possibility to model human skin diseases and extrapolate the method to generate other complex tissues.

Here, we present a protocol to generate a three-dimensional simplified and undifferentiated skin model using a micromachined microfluidic platform. A parallel flow approach allows the in situ deposition of a dermal compartment for the seeding of epithelial cells on top, all controlled by syringe pumps.

마이크로머신 마이크로유체 플랫폼의 간소화된 3차원 스킨 온-어칩 모델 생성

This work presents a new, cost-effective, and reliable microfluidic platform with the potential to generate complex multilayered tissues. As a proof of ...

Conformable Wearable Electrodes: From Fabrication to Electrophysiological Assessment

Wearable electronic devices are becoming key players in monitoring the body signals predominantly altered during physical activity tracking. Considering the growing interest in telemedicine and personalized care driven by the rise of the Internet of Things era, wearable sensors have expanded their field of application into healthcare. To ensure the collection of clinically relevant data, these devices need to establish conformable interfaces with the human body to provide high-signal-quality recordings and long-term operation. To this end, this paper presents a method to easily fabricate conformable thin tattoo- and soft textile-based sensors for their application as wearable organic electronic devices in a broad spectrum of surface electrophysiological recordings. 
The sensors are developed through a cost-effective and scalable process of cutaneous electrode patterning using poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS), the most popular conductive polymer in bioelectronics, on off-the-shelf, wearable substrates. This paper presents key steps in electrode characterization through impedance spectroscopy to investigate their performance in signal transduction when coupled with the skin. Comparative studies are required to position the performance of novel sensors with respect to the clinical gold standard. To validate the fabricated sensors' performance, this protocol shows how to perform various biosignal recordings from different configurations through a user-friendly and portable electronic setup in a laboratory environment. This methods paper will allow multiple experimental initiatives to advance the current state of the art in wearable sensors for human body health monitoring.

Two recent technologies-tattoo and textiles-have demonstrated promising results in cutaneous sensing. Here, we present the fabrication and evaluation methods of tattoo and textile electrodes for cutaneous electrophysiological sensing. These electronic interfaces made of conductive polymers outperform the existing standards in terms of comfort and sensitivity.

적합성 웨어러블 전극: 제작에서 전기생리학적 평가에 이르기까지

Wearable electronic devices are becoming key players in monitoring the body signals predominantly altered during physical activity tracking. Considering ...

Assessment of Acute Wound Healing using the Dorsal Subcutaneous Polyvinyl Alcohol Sponge Implantation and Excisional Tail Skin Wound Models.

Wound healing is a complex process that requires the orderly progression of inflammation, granulation tissue formation, fibrosis, and resolution. Murine models provide valuable mechanistic insight into these processes; however, no single model fully addresses all aspects of the wound healing response. Instead, it is ideal to use multiple models to address the different aspects of wound healing. Here, two different methods that address diverse aspects of the wound healing response are described. In the first model, polyvinyl alcohol sponges are subcutaneously implanted along the mouse dorsum. Following sponge retrieval, cells can be isolated by mechanical disruption, and fluids can be extracted by centrifugation, thus allowing for a detailed characterization of cellular and cytokine responses in the acute wound environment. A limitation of this model is the inability to assess the rate of wound closure. For this, a tail skin excision model is utilized. In this model, a 10 mm x 3 mm rectangular piece of tail skin is excised along the dorsal surface, near the base of the tail. This model can be easily photographed for planimetric analysis to determine healing rates and can be excised for histological analysis. Both described methods can be utilized in genetically altered mouse strains, or in conjunction with models of comorbid conditions, such as diabetes, aging, or secondary infection, in order to elucidate wound healing mechanisms.

Here, two murine wound healing models are described, one designed to assess cellular and cytokine wound healing responses and the other to quantify the rate of wound closure. These methods can be used with complex disease models such as diabetes to determine mechanisms of various aspects of poor wound healing.

등지성 폴리비닐 알코올 스폰지 이식 및 절제 꼬리 피부 상처 모델을 사용하여 급성 상처 치유의 평가.

Wound healing is a complex process that requires the orderly progression of inflammation, granulation tissue formation, fibrosis, and resolution. Murine ...

면역학 및 감염병학

생물막에 감염된 화상 상처 연구를 위한 장기 돼지 모델 개발

Swine Model of Biofilm Infection and Invisible Wounds

Biofilm infection is a major contributor to wound chronicity. The establishment of clinically relevant experimental wound biofilm infection requires the involvement of the host immune system. Iterative changes in the host and pathogen during the formation of such clinically relevant biofilm can only occur in vivo. The swine wound model is recognized for its advantages as a powerful pre-clinical model. There are several reported approaches for studying wound biofilms. In vitro and ex vivo systems are deficient in terms of the host immune response. Short-term in vivo studies involve acute responses and, thus, do not allow for biofilm maturation, as is known to occur clinically. The first long-term swine wound biofilm study was reported in 2014. The study recognized that biofilm-infected wounds may close as determined by planimetry, but the skin barrier function of the affected site may fail to be restored. Later, this observation was validated clinically. The concept of functional wound closure was thus born. Wounds closed but deficient in skin barrier function may be viewed as invisible wounds. In this work, we seek to report the methodological details necessary to reproduce the long-term swine model of biofilm-infected severe burn injury, which is clinically relevant and has translational value. This protocol provides detailed guidance on establishing an 8 week wound biofilm infection using P. aeruginosa (PA01). Eight full-thickness burn wounds were created symmetrically on the dorsum of domestic white pigs, which were inoculated with (PA01) at day 3 post-burn; subsequently, noninvasive assessments of the wound healing were conducted at different time points using laser speckle imaging (LSI), high-resolution ultrasound (HUSD), and transepidermal water loss (TEWL). The inoculated burn wounds were covered with a four-layer dressing. Biofilms, as established and confirmed structurally by SEM at day 7 post-inoculation, compromised the functional wound closure. Such an adverse outcome is subject to reversal in response to appropriate interventions.

저자 스포트라이트: 상처 생물막 형성에서 숙주-미생물 상호 작용 연구 

Chronic wounds that are resistant to antibiotics are a major threat to the healthcare system. Biofilm infections are stubborn and hostile and can cause deficient functional wound closure. We report a clinically relevant swine model of biofilm-infected full-thickness chronic wounds. This model is powerful for mechanistic studies as well as for testing interventions.

생물막 감염 및 보이지 않는 상처의 돼지 모델

Biofilm infection is a major contributor to wound chronicity. The establishment of clinically relevant experimental wound biofilm infection requires the ...