Применение технологии лазерной микрообработки в устройствах биологического применения
Приложение два
Производство медицинских компонентов MEMS
Технология микроэлектромеханических систем основана на технологии 21 века, основанной на микронах и нанотехнологиях. С 1980-х годов он применяется в медицинской промышленности, а связанные с ним технологии и продукты охватываются такими областями биомедицины, как обнаружение, диагностика и лечение. В настоящее время технология обработки MEMS - это в основном технология обработки материалов на основе кремния с использованием процессов химического травления или интегральных схем. Однако из-за характеристик медицинских объектов обработки МЭМС и промышленных приложений существуют большие различия, и в лечении используются новые технологии и новые материалы. При постоянном применении в этой области традиционные методы обработки на основе кремния не применялись для обработки медицинских МЭМС. По сравнению с традиционной технологией обработки на основе кремния, технология лазерной микрообработки не только применима к различным материалам, но также позволяет обрабатывать трехмерные микроструктуры с субмикронной точностью. Он имеет хорошие перспективы применения в обработке медицинских МЭМС.
Использование матриц микроэлектродов высокой плотности для возбуждения или регистрации нервной активности - очень сложная и важная тема исследований в области нервных протезов. Грин и др. изготовили портативную матрицу микроэлектродов высокой плотности с использованием технологии микротехнологии фемтосекундного лазера с использованием обычных материалов PDMS и платиновой (Pt) фольги. Результаты показывают, что структура поверхности массива микроэлектродов, полученного методом лазерной микрообработки, является однородной и шероховатой. Предпочтительно максимальная толщина пятна электрода в матрице составляет около 200 мкм.
Материалы из нитрида алюминия (AlN) обладают низкой реакционной способностью в биологических средах и очень подходят для создания биосовместимых устройств. Используя сапфир в качестве основного материала, на поверхности пленки AlN изготавливается структура волноводной матрицы, которую можно комбинировать с микрофлюидной системой для доставки лекарств. Safadi et al. использовали эксимерную лазерную микрообработку для изготовления волноводной структуры на пленке AlN на основе сапфира. Эта структура в сочетании с микрофлюидикой может играть важную роль в доставке лекарств в нервные ткани.
Минимально инвазивные хирургические инструменты играют важную роль в биомедицинской диагностике и лечении, а катетеры используются во многих минимально инвазивных хирургических инструментах. По сравнению с обычными пассивными катетерами, активное управление катетерами с наконечником обеспечивает большую точность и эффективность. Ли и др. изготовили искусственный катетер, управляемый мышцами, на основе полипиррола (PPy) с помощью технологии лазерной микрообработки и продемонстрировали управляемость подготовленного четырехэлектродного катетера с помощью двумерного изгибающего движения, как показано на рисунке. Комбинация активного катетера, полученного с помощью микрообработки, и оптической когерентной томографии позволяет визуализировать подповерхностную поверхность биологической ткани, подтверждая превосходные возможности визуализации при использовании этой структурной конструкции.
Рисунок Активный катетер на основе полипропилена, изготовленный с помощью лазерной микрообработки. (а) Конструктивная конструкция четырехэлектродного катетера; (b) СЭМ-изображение четырехэлектродного катетера, полученное с помощью лазерной микрообработки; (c) Изгибающее движение PPy на одном конце катетера.
Кремниевые пластины обычно используются в качестве биоматериалов для приготовления биоматериалов. Wongwiwat et al. изучили влияние микроканальных решетчатых структур и квадратных структур, обработанных на поверхности кремниевых пластин с использованием технологии лазерной микрообработки, на биологические характеристики кремниевых пластин, указав, что микроструктура поверхности кремниевых пластин может увеличивать поглощение белка. Хотя это приведет к образованию тромбов в сердечно-сосудистых или связанных с кровью медицинских устройствах во время применения, повышенное всасывание белка также может способствовать размножению клеток. Это относится к биомедицинским имплантированным устройствам MEMS, таким как микрочипы, датчики давления и системы доставки лекарств. Приложение очень полезно.
Проблема создания трехмерных структур из микро / нановолокон всегда была проблемой, которую нельзя эффективно применять в области тканевой инженерии. Kim et al. использовала технологию фемтосекундной лазерной обработки для обработки трехмерных пористых структур на трехмерных микро / нановолоконных структурах, полученных методом электроспиннинга.
Элемент регенерации периферических нервов представляет собой многослойную полимерную структуру, состоящую из таких биоматериалов, как поли-D-молочная кислота (PDLA) и поливиниловый спирт (PVA). Пленка PDLA разлагается за 4-6 месяцев, а пленка PVA растворяется примерно за две недели при 37 ° C. Результаты экспериментов Канчарла и др.' 2002 продемонстрировали, что технология лазерной микромеханической обработки применима для изготовления биоразлагаемых микромедицинских устройств.
Миниатюризация биомедицинских компонентов, особенно переход от биомикроустройств к биоматериалам, является проблемой для исследователей. В области улучшения медицинских устройств, профилактики, диагностики и лечения заболеваний МЭМС имеют потенциальные применения. Миниатюризация - важная особенность МЭМС. В связи с постоянным развитием технологии МЭМС в биомедицинской области вопрос о том, как точно и быстро обрабатывать все более сложные и точные компоненты, стал важным вопросом для развития МЭМС в биомедицинской области.
Технология лазерной микрообработки делает невозможным использование традиционных методов микрообработки для изготовления медицинских микроэлектромеханических изделий, таких как медицинские катетеры, микрочипы и системы доставки лекарств. Хотя применение технологии лазерной микрообработки в биомедицинских МЭМС только началось, но прямая лазерная микрообработка и лазерная стереолитография, основанные на механизме лазерной абляции, привлекают все больше и больше внимания и исследований, технология лазерной микрообработки обязательно будет способствовать широкому применению МЭМС в биомедицинские и способствуют развитию современной медицинской техники.