Lāzermikroapstrādes tehnoloģijas pielietošana bioloģiskās pielietošanas ierīcēs
2. pieteikums
Medicīnisko MEMS komponentu ražošana
Mikroelektromehānisko sistēmu tehnoloģija ir balstīta uz 21. gadsimta tehnoloģiju, kuras pamatā ir mikroni un nanotehnoloģijas. Kopš 20. gadsimta 80. gadiem to izmanto medicīnas nozarē, un ar to saistītās tehnoloģijas un produkti ir iekļauti tādās biomedicīnas jomās kā noteikšana, diagnostika un ārstēšana. Pašlaik MEMS apstrādes tehnoloģija galvenokārt ir tehnoloģija silīcija bāzes materiālu apstrādei, izmantojot ķīmiskos kodināšanas vai integrālās shēmas procesus. Tomēr medicīnisko MEMS apstrādes objektu un rūpniecisko pielietojumu īpašību dēļ pastāv lielas atšķirības, un ārstniecībā tiek izmantotas jaunas tehnoloģijas un jauni materiāli. Nepārtraukti pielietojot lauku, medicīnisko MEMS apstrādei nav piemērotas tradicionālās uz silīcija balstītas apstrādes metodes. Salīdzinot ar tradicionālo uz silīcija balstītu apstrādes tehnoloģiju, lāzera mikromašinēšanas tehnoloģija attiecas ne tikai uz dažādiem materiāliem, bet arī var apstrādāt 3D mikro struktūras ar mikronu precizitāti. Tam ir laba pielietojuma perspektīva medicīnisko MEMS apstrādē.
Augsta blīvuma mikroelektrodu bloku izmantošana nervu darbības rosināšanai vai reģistrēšanai ir ļoti sarežģīta un svarīga pētījumu tēma nervu protēžu jomā. Grīns u.c. izgatavoja pārnēsājamu augsta blīvuma mikroelektrodu bloku, izmantojot femtosekundu lāzera mikroprodukcijas tehnoloģiju, izmantojot parastos PDMS un platīna (Pt) folijas materiālus. Rezultāti parāda, ka mikroelektrodu masīva virsmas struktūra, ko ražo ar lāzera mikromehāniskās apstrādes metodi, ir vienmērīga un raupja. Vēlams, lai maksimālais elektrodu vietas biezums masīvā būtu aptuveni 200 μm.
Alumīnija nitrīda (AlN) materiāliem ir zema reaktivitāte bioloģiskajā vidē, un tie ir ļoti piemēroti bioloģiski saderīgu ierīču izgatavošanai. Izmantojot safīru kā pamatmateriālu, uz AlN plēves virsmas ir izgatavota viļņvadu bloku struktūra, kuru zāļu piegādei var apvienot ar mikrofluidisko sistēmu. Safadi u.c. izmantoja eksimēra lāzera mikromehānismu, lai izgatavotu viļņvada struktūru uz safīra bāzes AlN filmas. Šai struktūrai kopā ar mikrofluidiku var būt svarīga loma zāļu piegādē nervu audos.
Biomedicīniskajā diagnostikā un ārstēšanā svarīga loma ir minimāli invazīviem ķirurģiskiem instrumentiem, un katetri ir iesaistīti daudzos minimāli invazīvos ķirurģiskos instrumentos. Salīdzinot ar parastajiem pasīvajiem katetriem, aktīvā katetru vadība nodrošina lielāku precizitāti un efektivitāti. Lī u.c. sagatavoja uz polipirola (PPy) bāzes mākslīgu muskuļu vadītu katetru ar lāzera mikromašinēšanas tehnoloģiju un parādīja sagatavotā četru elektrodu katetra vadāmību ar divdimensiju lieces kustību, kā parādīts attēlā. Aktīvā katetra, ko ražo ar mikromehānisko apstrādi, un optiskās koherences tomogrāfijas kombinācija ļauj vizualizēt bioloģisko audu apakšvirsmu, apstiprinot šī strukturālā dizaina izmantošanas izcilās attēlveidošanas iespējas.
Attēls ar aktīvo katetru, kura pamatā ir PPy, kas sagatavots ar lāzera mikromehānismu. a) četru elektrodu katetra konstrukcijas struktūra; (b) četru elektrodu katetra SEM attēls, kas sagatavots ar lāzera mikromehānismu; c) PPy lieces kustība vienā katetra galā
Silīcija plāksnītes parasti izmanto biomateriālu ražošanai. Wongwiwat et al. pētīja mikrokanālu bloku struktūru un kvadrātveida struktūru, kas apstrādātas uz silīcija vafeļu virsmas, izmantojot lāzera mikromašinēšanas tehnoloģiju, ietekmi uz silīcija vafeļu bioloģiskajām īpašībām, norādot, ka silīcija vafeļu virsmas mikrostruktūra var būt Palielināt olbaltumvielu absorbciju. Lai gan tas izraisīs kardiovaskulāras vai ar asinīm saistītas medicīnas ierīces trombu veidošanos, uzlabota olbaltumvielu absorbcija var arī veicināt šūnu paplašināšanos. Tas attiecas uz biomedicīnas implantētām MEMS ierīcēm, piemēram, mikroshēmām, spiediena sensoriem un zāļu piegādes sistēmām. Pieteikums ir ļoti noderīgs.
3D formas mikro / nano šķiedru struktūru sagatavošanas problēma vienmēr ir bijusi problēma, kuru nevar efektīvi pielietot audu inženierijas jomā. Kima u.c. izmantoja femtosekundes lāzera apstrādes tehnoloģiju, lai apstrādātu 3D poru struktūras uz 3D mikro / nano šķiedru struktūrām, kas ražotas, veicot elektrisko vērpšanu.
Perifēro nervu reģenerācijas elements ir daudzslāņu polimēru struktūra, kas izgatavota no tādiem biomateriāliem kā poli-D-pienskābe (PDLA) un polivinilspirts (PVA). PDLA plēve noārdās 4-6 mēnešos, un PVA plēve tiek izšķīdināta apmēram divas nedēļas 37 ° C temperatūrā. Kancharla et al.' 2002. gada eksperimentu rezultāti parādīja, ka bioloģiski noārdāmo mikro medicīnisko ierīču sagatavošanai ir iespējama lāzera mikromašinēšanas tehnoloģija.
Biomedicīnas komponentu miniaturizācija, it īpaši pāreja no biomikrodokumentiem uz biomateriāliem, ir izaicinājums pētniekiem. Medicīnisko ierīču uzlabošanas, slimību profilakses, diagnostikas un ārstēšanas jomā MEMS var izmantot. Miniaturizācija ir svarīga MEMS iezīme. Nepārtraukti attīstoties MEMS tehnoloģijai biomedicīnas jomā, tas, kā precīzi un ātri apstrādāt arvien sarežģītākas un precīzākas sastāvdaļas, ir kļuvis par svarīgu jautājumu MEMS attīstībai biomedicīnas jomā.
Lāzera mikromašapstrādes tehnoloģija neļauj parastajām mikromašīnēšanas metodēm realizēt medicīniskus mikroelektromehāniskus produktus, piemēram, medicīniskos katetrus, mikroshēmas un zāļu piegādes sistēmas. Lai gan biomedicīniskajā MEMS ir tikko sākta lāzera mikromehāniskās tehnoloģijas pielietošana, bet tiešā lāzera mikromašinēšana un lāzera stereolitogrāfija, kuras pamatā ir lāzera ablācijas mehānisms, ir saņēmuši arvien vairāk uzmanības un pētījumu, lāzera mikromašīnēšanas tehnoloģija noteikti veicinās MEMS plašu pielietojumu biomedicīnas un veicināt mūsdienu medicīnas inženierijas attīstību.