Lasermikokoneistustekniikan soveltaminen biologisiin sovelluksiin
Sovellus kaksi
Lääketieteellisten MEMS-komponenttien valmistus
Mikroelektromekaaninen järjestelmätekniikka perustuu 2000-luvun teknologiaan, joka perustuu mikroniin ja nanoteknologiaan. 1980-luvulta lähtien sitä on käytetty lääketeollisuudessa, ja siihen liittyvää tekniikkaa ja tuotteita on käsitelty biolääketieteen aloilla, kuten havaitseminen, diagnoosi ja hoito. Tällä hetkellä MEMS-prosessointitekniikka on pääasiassa tekniikkaa piipohjaisten materiaalien käsittelyyn kemiallisen syövytyksen tai integroitujen piirien avulla. Lääketieteellisten MEMS-objektien ja teollisten sovellusten ominaisuuksien vuoksi on kuitenkin suuria eroja, ja lääketieteellisessä hoidossa käytetään uutta tekniikkaa ja uusia materiaaleja. Kentän jatkuvan käytön myötä lääketieteellisen MEMS: n käsittelyyn ei ole sovellettu perinteisiä piipohjaisia prosessointimenetelmiä. Verrattuna perinteiseen piipohjaiseen prosessointitekniikkaan, lasermikokoneistustekniikka ei koske vain useita materiaaleja, vaan se voi myös käsitellä 3D-mikrorakenteita mikronin tarkkuudella. Sillä on hyvät mahdollisuudet käyttää lääketieteellisiä MEMS-palveluja.
Suuritiheyksisten mikroelektrodiryhmien käyttö hermoston toiminnan herättämiseen tai kirjaamiseen on hyvin monimutkainen ja tärkeä tutkimusaihe hermoproteesien alalla. Green et ai. valmistanut kannettavan suuritiheyksisen mikroelektrodiryhmän käyttämällä femtosekunnin lasermikrotekniikkaa käyttäen tavanomaisia PDMS- ja platina (Pt) -kalvomateriaaleja. Tulokset osoittavat, että lasermikrokoneistomenetelmällä tuotetun mikroelektrodiryhmän pintarakenne on tasainen ja karheus. Edullisesti suurin elektrodipistepaksuus ryhmässä on noin 200 μm.
Alumiininitridimateriaalien (AlN) reaktiivisuus biologisessa ympäristössä on heikkoa ja ne soveltuvat erittäin hyvin bioyhteensopivien laitteiden valmistamiseen. Käyttämällä safiiria perusmateriaalina, aaltojohdinryhmärakenne valmistetaan AlN-kalvon pinnalle ja se voidaan yhdistää mikrofluidisen järjestelmän kanssa lääkeaineen annostelua varten. Safadi et ai. käytti eksimeerilasermikroskoneistusta aaltojohderakenteen valmistamiseksi safiiripohjaiseen AlN-kalvoon. Tällä rakenteella yhdistettynä mikrofluidisiin aineisiin voi olla tärkeä rooli lääkeaineen annossa hermokudoksissa.
Pieninvasiivisilla kirurgisilla työkaluilla on tärkeä rooli biolääketieteellisessä diagnoosissa ja hoidossa, ja katetrit ovat mukana monissa minimaalisesti invasiivisissa kirurgisissa työkaluissa. Verrattuna tavanomaisiin passiivisiin katetreihin, kärkikatetrien aktiivinen ohjaus mahdollistaa suuremman tarkkuuden ja tehokkuuden. Lee et ai. valmisti polypyrrolipohjaisen (PPy) -pohjaisen keinotekoisen lihaskäyttöisen katetrin lasermikrokonetekniikalla ja osoitti valmistetun nelielektrodikatetrin hallittavuuden kaksiulotteisella taivutusliikkeellä, kuten kuvassa on esitetty. Mikrokoneistolla tuotetun aktiivisen katetrin ja optisen koherenssitomografian yhdistelmä mahdollistaa biologisen kudoksen pinnan visualisoinnin, mikä vahvistaa tämän rakennesuunnittelun erinomaiset kuvantamisominaisuudet.
Kuva PPy-pohjainen aktiivikatetri, joka on valmistettu lasermikokoneistuksella. (a) nelielektrodikatetrin suunnittelurakenne; (b) neljän elektrodin katetrin SEM-kuva, joka on valmistettu lasermikrokoneistuksella; (c) PPy-taivutusliike katetrin toisessa päässä
Piikiekkoja käytetään yleisesti biomateriaaleilla biomateriaalien valmistamiseksi. Wongwiwat et ai. tutki piikiekkojen pinnalla käsiteltyjen mikrokanavaryhmärakenteiden ja neliömäisten rakenteiden vaikutuksia lasermikokoneistustekniikalla piikiekkojen biologisiin ominaisuuksiin osoittaen, että piikiekkojen pinnan mikrorakenne voi olla Lisää proteiinin imeytymistä. Vaikka tämä saa sydän- ja verisuonitautien tai veriin liittyvien lääketieteellisten laitteiden tuottamaan trombeja käytön aikana, tehostunut proteiinin imeytyminen voi myös edistää solujen laajentumista. Tämä koskee biolääketieteellisiä implantoituja MEMS-laitteita, kuten mikrosiruja, paineanturia ja lääkeaineiden jakelujärjestelmiä. Sovellus on erittäin hyödyllinen.
3D-muotoisten mikro- / nanokuiturakenteiden valmistusongelma on aina ollut ongelma, jota ei voida tehokkaasti soveltaa kudostekniikan alalla. Kim et ai. käytti femtosekunnin laserprosessointitekniikkaa 3D-huokosrakenteiden käsittelemiseen 3D-mikro- / nanokuiturakenteilla, jotka on tuotettu sähkökehrällä.
Perifeerisen hermon regeneraatioelementti on monikerroksinen polymeerirakenne, joka on valmistettu biomateriaaleista, kuten poly-D-maitohaposta (PDLA) ja polyvinyylialkoholista (PVA). PDLA-kalvo hajoaa 4-6 kuukaudessa, ja PVA-kalvo liukenee noin kahdessa viikossa 37 ° C: ssa. Kancharla et ai.' 2002 -kokeiden tulokset osoittivat, että lasermikokoneistustekniikka on mahdollista biohajoavien mikrolääketieteellisten laitteiden valmistamiseksi.
Biolääketieteellisten komponenttien pienentäminen, erityisesti siirtyminen biomikrolaitteista biomateriaaleihin, on haaste tutkijoille. Lääketieteellisten laitteiden parantamisen, sairauksien ehkäisyn, diagnosoinnin ja hoidon alalla MEMS: llä on potentiaalisia sovelluksia. Pienentäminen on tärkeä ominaisuus MEMS: ssä. Kun MEMS-tekniikkaa kehitetään jatkuvasti biolääketieteen alalla, yhä monimutkaisempien ja tarkempien komponenttien tarkasta ja nopeasta käsittelystä on tullut tärkeä kysymys MEMS-kehitykselle biolääketieteen alalla.
Lasermikokoneistustekniikka tekee mahdottomaksi perinteisten mikrokoneistomenetelmien toteuttamisen lääketieteellisten mikroelektromekaanisten tuotteiden, kuten lääketieteellisten katetrien, mikrosirujen ja lääkeaineiden jakelujärjestelmien, toteuttamiseksi. Vaikka lasermikokoneistusteknologian soveltaminen biolääketieteellisessä MEMS: ssä on vasta alkanut, mutta laserablaatiomekanismiin perustuva suora lasermikakoneistus ja laserstereolitografia ovat saaneet yhä enemmän huomiota ja tutkimusta, lasermikrotekniikka on sitoutunut edistämään MEMS: n laajaa käyttöä biolääketieteen ja edistää nykyaikaisen lääketieteellisen tekniikan kehitystä.