L'applicazione della tecnologia di micromachining laser nei dispositivi di applicazione biologica
Applicazione due
Produzione di componenti medicali MEMS
La tecnologia dei sistemi microelogchanici si basa sulla tecnologia del XXI secolo basata su micron e nanotecnologia. A partire dagli anni '80, è stato applicato all'industria medica e le relative tecnologie e prodotti sono stati trattati in settori della biomedicina come il rilevamento, la diagnosi e il trattamento. Attualmente, la tecnologia di elaborazione MEMS è principalmente una tecnologia per la lavorazione di materiali a base di silicio utilizzando incisioni chimiche o processi di circuito integrato. Tuttavia, a causa delle caratteristiche degli oggetti di lavorazione MEMS medicali e delle applicazioni industriali, ci sono grandi differenze e nuove tecnologie e nuovi materiali vengono utilizzati nel trattamento medico. Con la continua applicazione del campo, i metodi di lavorazione tradizionali basati sul silicio non sono stati applicati al trattamento del MEMS medico. Rispetto alla tradizionale tecnologia di elaborazione basata sul silicio, la tecnologia di micromachining laser non si applica solo a una varietà di materiali, ma può anche elaborare micro-strutture 3D con precisione sub-micron. Ha una buona prospettiva di applicazione nell'elaborazione del MEMS medico.
L'uso di array di microelettrodi ad alta densità per suscitare o registrare l'attività neurale è un argomento di ricerca molto complesso e importante nel campo delle protesi neurali. Green et al. ha fabbricato un array portatile di microelettrodi ad alta densità utilizzando la tecnologia di microfabbricazione laser femtoseconda utilizzando i materiali convenzionali PDMS e platinum (Pt) foil. I risultati mostrano che la struttura superficiale dell'array di microelettrodi prodotto dal metodo di micromachining laser è uniforme e ruvidità. Preferibilmente, lo spessore massimo del punto dell'elettrodo nell'array è di circa 200 m.
I materiali a nitrato di alluminio (AlN) hanno una bassa reattività in ambienti biologici e sono molto adatti per la realizzazione di dispositivi biocompatibili. Utilizzando lo zaffiro come materiale di base, una struttura waveguide array è fabbricata sulla superficie della pellicola AlN e può essere combinata con un sistema microfluidico per la consegna di farmaci. Safadi et al. ha usato il micromachining laser eccimero per fabbricare una struttura di guida d'onda su un film AlN a base di zaffiro. Questa struttura combinata con microfluidica può svolgere un ruolo importante nella consegna di farmaci nei tessuti nervosi.
Gli strumenti chirurgici minimamente invasivi svolgono un ruolo importante nella diagnosi e nel trattamento biomedico e i cateteri sono coinvolti in molti strumenti chirurgici minimamente invasivi. Rispetto ai cateteri passivi convenzionali, il controllo attivo dei cateteri ribaltati consente una maggiore precisione ed efficienza. Lee et al. ha preparato un catetere artificiale basato sul polipirrole (PPy) basato sulla tecnologia di micromachining laser e ha dimostrato la controllabilità del catetere a quattro elettrodi preparati dal movimento di piegatura bidimensionale, come mostrato nella figura. La combinazione di un catetere attivo prodotto dalla micromachining e dalla tomografia a coerenza ottica consente la visualizzazione del sottosuolo del tessuto biologico, confermando le capacità di imaging superiori dell'utilizzo di questo progetto strutturale.
Catetere attivo basato su PPy preparato da micromachining laser. a) Struttura di progettazione del catetere a quattro elettrodi; b) Immagine SEM del catetere a quattro elettrodi preparati con micromachining laser; (c) Movimento di piegatura PPy ad un'estremità del catetere
I wafer di silicio sono biomateriali comunemente usati per preparare i biomateriali. Wongwiwat et al. ha studiato gli effetti delle strutture di matrice di microcanale e delle strutture quadrate elaborate sulla superficie dei wafer di silicio utilizzando la tecnologia di micromaccatura laser sulle caratteristiche biologiche dei wafer di silicio, indicando che la microstruttura della superficie del wafer di silicio può essere Aumentare l'assorbimento delle proteine. Anche se questo causerà dispositivi medici cardiovascolari o legati al sangue per produrre tromba durante l'applicazione, l'assorbimento delle proteine migliorato può anche promuovere l'espansione cellulare. Questo vale per i dispositivi MEMS impiantati biomedici come microchip, sensori di pressione e sistemi di consegna di farmaci. L'applicazione è molto utile.
Il problema della preparazione di strutture micro/nano in fibra a forma di 3D è sempre stato un problema che non può essere applicato efficacemente nel campo dell'ingegneria tissuale. Kim et al. ha usato la tecnologia di elaborazione laser femtoseconda per elaborare strutture di pori 3D su strutture micro/nano fibra 3D prodotte dall'elettrospinning.
L'elemento di rigenerazione del nervo periferico è una struttura polimerica multistrato fatta di biomateriali come l'acido poli-D-lattico (PDLA) e l'alcool polivinile (PVA). Il film PDLA è degradabile in 4-6 mesi, e il film PVA è Dissolve in circa due settimane a 37 gradi centigradi. I risultati degli esperimenti di Kancharla et al del 2002 hanno dimostrato che la tecnologia di microlavoluzione laser è fattibile per la preparazione di dispositivi micro-medici biodegradabili.
La miniaturizzazione dei componenti biomedici, in particolare la transizione dai biomicrodevicei ai biomateriali, è una sfida per i ricercatori. Nel settore del miglioramento dei dispositivi medici, della prevenzione, della diagnosi e del trattamento delle malattie, il MEMS ha potenziali applicazioni. La miniaturizzazione è una caratteristica importante di MEMS. Con il continuo sviluppo della tecnologia MEMS nel campo biomedico, come elaborare con precisione e rapidamente componenti sempre più complessi e precisi è diventato una questione importante per lo sviluppo MEMS nel campo biomedico.
La tecnologia di micromaccatura laser rende impossibile per i metodi di micromaccatura convenzionali realizzare prodotti microelettrico medici come cateteri medici, microchip e sistemi di consegna di farmaci. Anche se l'applicazione della tecnologia di micromaccatura laser nel MEMS biomedico è appena iniziata, ma la microlatanica laser diretta e la stereolitiografia laser basata sul meccanismo di ablazione laser hanno ricevuto sempre più attenzione e ricerca, la tecnologia di micromaccatura laser è destinata a promuovere l'ampia applicazione di MEMS in biomedica e promuovere lo sviluppo dell'ingegneria medica moderna.