Применение технологии лазерной микрообработки в устройствах биологического применения
Приложение 1
Вступление:Лазерная микрообработка возникла в процессе производства полупроводников. Он обрабатывает материал с помощью лазерной резки с ультракороткими импульсами, сверления, сварки и т. Д., А затем получает процессы микронаноуровневой двумерной (2D) или трехмерной (3D) структуры.
По сравнению с лазерами с длинными импульсами, лазерная микрообработка с ультракороткими импульсами представляет собой нелинейный, неравновесный процесс со значительными пороговыми эффектами, минимальной зоной термического влияния и высокой управляемостью. В последние годы лазеры ультракоротких импульсов широко используются в областях изготовления микронано-наночастиц, таких как микрофлюидные устройства, микросенсоры и биомедицинские приложения. В частности, в области биомедицины с помощью лазеров можно реализовать сложную и тонкую обработку микро- и наноструктур, которая может удовлетворить требования некоторых специальных применений биомедицинских продуктов.
По сравнению с традиционными методами обработки, лазерная микрообработка ультракороткими импульсами имеет преимущества" холодный" обработка, низкое энергопотребление, небольшие повреждения, высокая точность и строгое позиционирование в трехмерном пространстве, и имеет очень хорошие перспективы применения при обработке медицинских устройств.
Обработка микроповерхностей биологических материалов
Характеристики поверхности биоматериалов могут значительно влиять на поведение клеток, такое как адгезия, расширение, пролиферация и дифференциация, и являются важными факторами, влияющими на биосовместимость материалов. Хотя способ модификации поверхности обычного материала может увеличить нагрузку на биоактивный материал, существуют такие проблемы, как сложный процесс, быстрое растворение покрытия в теле и растрескивание покрытия. Технология лазерной микрообработки изменяет характеристики поверхности за счет быстрой обработки различных микроструктур на поверхности материала и оптимизирует адгезию и дифференциацию клеток за счет изменения микронной шероховатости и поперечного расстояния, и, таким образом, играет важную роль в изменении биологических характеристик клеток ткани. эффект. По сравнению с другими методами модификации поверхности слой модификации поверхности модифицированного биологического материала с помощью технологии лазерной микромеханической обработки является тонким, мало влияет на матрицу и преодолевает недостатки существующих методов модификации.
Koufaki et al. использовал фемтосекундное лазерное сканирование для обработки микроструктуры конической поверхности с коэффициентом шероховатости от 2,0 до 5,9 на поверхности монокристаллического кремния. Микроструктуру скопировали на полидиметилсилоксан (ПДМС) и полиэмульсию методом переноса. - Полигликолевая кислота (PLGA) и поверхность материала ORMOCER, как показано ниже.
(Рис. (A) Микроструктуры, полученные на поверхности монокристаллов Si, PDMS, PLGA и ORMOCER с использованием лазерной технологии; (b) Флуоресценция живых клеток NIH / 3T3 (зеленый) и мертвых клеток (желто-красный) на поверхности Микрофотография структур PDMS и PLGA; (c) Флуоресцентные микрофотографии живых клеток (зеленый) и мертвых клеток (желто-красный) PC12 на поверхности структур PDMS и PLGA)
В области тканевой инженерии большое значение имеет изучение биологических характеристик клеток на поверхности биологических материалов. Улучшение и улучшение биологических свойств биологических материалов - еще одно направление развития современных биомедицинских материалов. С постоянным пониманием неспецифических эффектов поверхности раздела биоматериалов, все больше и больше исследователей осознают, что только точный контроль эффектов биологической активности биоматериалов на поверхности в микроскопическом масштабе является фундаментальным. Ключ к решению биосовместимости биоматериалов.
Технология лазерной микрообработки позволяет создавать различные поверхностные структуры на поверхности биологических материалов, такие как чистые наноструктуры, различные масштабы нанометров, комбинированные микронные композитные структуры, а также создавать уникальные сложные многослойные формы поверхности с помощью дальнейших процессов лазерной микрообработки. внешний вид. Адгезию и дифференциацию клеток можно оптимизировать, варьируя микронную шероховатость, поперечное расстояние и другие параметры размера микроструктуры. Однако влияние изменений морфологии поверхности на клетки является сложным, и механизм его действия все еще исследуется. В настоящее время большая часть соответствующих исследований все еще находится на лабораторной стадии. Влияние лазерной микрообработки на модификацию поверхности биологических материалов также требует большого количества in vitro и in vivo. Эксперименты взаимно проверены.