L'applicazione della tecnologia di microlavorazione laser nei dispositivi per applicazioni biologiche
Applicazione uno
Introduzione:La microlavorazione laser ha avuto origine nel processo di produzione dei semiconduttori. Elabora il materiale tramite taglio laser a impulsi ultracorti, foratura, saldatura, ecc. E quindi ottiene processi di struttura bidimensionale (2D) o tridimensionale (3D) su micro-nanoscala.
Rispetto ai laser a impulsi lunghi, la microlavorazione laser pulsata ultracorta è un processo non lineare e non in equilibrio con effetti soglia significativi, minima zona interessata dal calore e alta controllabilità. Negli ultimi anni, i laser a impulsi ultracorti sono stati ampiamente utilizzati nei campi di micro-nanofabbricazione come dispositivi microfluidici, microsensori e applicazioni biomediche. Soprattutto nel campo della biomedicina, i laser possono realizzare elaborazioni complesse e fini di micro e nanostrutture, che possono soddisfare i requisiti di alcune applicazioni speciali di prodotti biomedicali.
Rispetto ai metodi di lavorazione tradizionali, la microlavorazione laser a impulsi ultracorti presenta i vantaggi di" cold" elaborazione, basso consumo energetico, piccoli danni, elevata precisione e posizionamento rigoroso nello spazio 3D e ha un'ottima prospettiva di applicazione nella lavorazione di dispositivi medici.
Lavorazione micro-superficiale di materiali biologici
Le caratteristiche della superficie dei biomateriali possono influenzare in modo significativo i comportamenti delle cellule come adesione, espansione, proliferazione e differenziazione e sono fattori importanti che influenzano la biocompatibilità dei materiali. Sebbene il metodo di modifica della superficie del materiale convenzionale possa aumentare il carico del materiale bioattivo, vi sono problemi come un processo complicato, una rapida dissoluzione del rivestimento nel corpo e la rottura del rivestimento. La tecnologia di microlavorazione laser modifica le caratteristiche della superficie elaborando rapidamente varie microstrutture sulla superficie del materiale e ottimizza l'adesione e la differenziazione delle cellule modificando la rugosità micron e la spaziatura laterale, e quindi ha un ruolo importante nel cambiare le caratteristiche biologiche delle cellule dei tessuti. effetto. Rispetto ad altri metodi di modifica della superficie, lo strato di modifica della superficie del materiale biologico modificato mediante la tecnologia di microlavorazione laser è sottile, ha poca influenza sulla matrice e supera le carenze dei metodi di modifica esistenti.
Koufaki et al. ha utilizzato una scansione laser a femtosecondi per elaborare una microstruttura di superficie rastremata con un rapporto di rugosità da 2,0 a 5,9 su una superficie di silicio monocristallino. La microstruttura è stata copiata in polidimetilsilossano (PDMS) e poliemulsione mediante un metodo di trasferimento. - Superficie del materiale acido poliglicolico (PLGA) e ORMOCER, come mostrato di seguito.
(Fig. (A) Microstrutture preparate sulla superficie di Si, PDMS, PLGA e ORMOCER a cristallo singolo utilizzando la tecnologia laser; (b) Fluorescenza di cellule viventi NIH / 3T3 (verde) e cellule morte (giallo-rosso) sulla superficie di Strutture PDMS e PLGA Micrografia; (c) Micrografie a fluorescenza di cellule viventi (verdi) e cellule morte (giallo-rosse) di PC12 sulla superficie di strutture PDMS e PLGA)
Nel campo dell'ingegneria dei tessuti, lo studio delle caratteristiche biologiche delle cellule sulla superficie dei materiali biologici è di grande importanza. Il miglioramento e il miglioramento delle proprietà biologiche dei materiali biologici è un altro obiettivo dello sviluppo dei materiali biomedici contemporanei. Con la costante comprensione degli effetti aspecifici delle interfacce superficiali dei biomateriali, sempre più ricercatori si sono resi conto che solo il controllo preciso degli effetti della bioattività specifica della superficie del biomateriale su scala microscopica è fondamentale. La chiave per risolvere la biocompatibilità dei biomateriali.
La tecnologia di microlavorazione laser può produrre una varietà di strutture superficiali sulla superficie di materiali biologici, come nanostrutture pure, varie scale di nanometri, strutture composite combinate in micron e può produrre forme superficiali stratificate uniche e complesse attraverso ulteriori processi di microlavorazione laser. aspetto. L'adesione e la differenziazione delle cellule possono essere ottimizzate variando la rugosità micron, la spaziatura laterale e altri parametri di dimensione della microstruttura. Tuttavia, l'effetto dei cambiamenti della morfologia superficiale sulle cellule è complesso e il suo meccanismo d'azione è ancora in fase di studio. Attualmente, la maggior parte della ricerca pertinente è ancora in fase di laboratorio. L'effetto della microlavorazione laser sulla modifica della superficie dei materiali biologici richiede anche una grande quantità di in vitro e in vivo. Gli esperimenti sono verificati reciprocamente.