Aplicarea tehnologiei de micromachinare cu laser în dispozitivele de aplicare biologică
Cererea a doua
Fabricarea componentelor MEMS medicale
Tehnologia sistemelor micro-electromecanice se bazează pe tehnologia secolului 21 bazată pe micron și nanotehnologie. Începând cu anii 1980, a fost aplicată industriei medicale, iar tehnologiile și produsele sale conexe au fost acoperite în domeniile biomedicinei, cum ar fi detectarea, diagnosticarea și tratamentul. În prezent, tehnologia de procesare MEMS este în principal o tehnologie pentru prelucrarea materialelor pe bază de siliciu folosind gravarea chimică sau procese cu circuite integrate. Cu toate acestea, datorită caracteristicilor obiectelor de procesare MEMS medicale și a aplicațiilor industriale, există diferențe mari, iar noile tehnologii și materiale noi sunt utilizate în tratamentul medical. Odată cu aplicarea continuă a câmpului, metodele tradiționale de procesare pe bază de siliciu nu au fost aplicate procesării MEMS medicale. În comparație cu tehnologia tradițională de prelucrare pe bază de siliciu, tehnologia de micromachining cu laser nu se aplică doar unei varietăți de materiale, dar poate procesa și micro-structuri 3D cu precizie sub-micron. Are o bună perspectivă de aplicare în procesarea MEMS medicale.
Utilizarea rețelelor de microelectrozi de înaltă densitate pentru a trezi sau înregistra activitatea neuronală este un subiect de cercetare foarte complex și important în domeniul protezelor neuronale. Green și colab. a fabricat o matrice portabilă de microelectrozi de înaltă densitate utilizând tehnologia de microfabricare cu laser femtosecundă folosind PDMS convenționale și materiale de folie de platină (Pt). Rezultatele arată că structura de suprafață a matricei de microelectrozi produsă prin metoda micromachining cu laser este uniformă și rugozitate. De preferință, grosimea maximă a punctului electrodului în matrice este de aproximativ 200 μm.
Materialele din nitrură de aluminiu (AlN) au o reactivitate scăzută în medii biologice și sunt foarte potrivite pentru fabricarea dispozitivelor biocompatibile. Folosind safirul ca material de bază, o structură de ghid de undă este fabricată pe suprafața filmului AlN și poate fi combinată cu un sistem microfluidic pentru livrarea medicamentului. Safadi și colab. a folosit micromachining cu laser excimer pentru a fabrica o structură de ghid de undă pe o peliculă AlN pe bază de safir. Această structură combinată cu microfluidici poate juca un rol important în administrarea medicamentelor în țesuturile nervoase.
Instrumentele chirurgicale minim invazive joacă un rol important în diagnosticul și tratamentul biomedical, iar cateterele sunt implicate în multe instrumente chirurgicale minim invazive. Comparativ cu cateterele pasive convenționale, controlul activ al cateterelor cu vârf permite o mai mare precizie și eficiență. Lee și colab. a pregătit un cateter cu acțiune musculară pe bază de polipirol (PPy) prin tehnologia de micromachining cu laser și a demonstrat controlabilitatea cateterului preparat cu patru electrozi prin mișcare de îndoire bidimensională, așa cum se arată în figură. Combinația unui cateter activ produs prin micro-prelucrare și tomografie cu coerență optică permite vizualizarea suprafeței țesutului biologic, confirmând capacitățile superioare de imagistică ale utilizării acestui design structural.
Figura Cateter activ pe bază de PPy preparat prin micromachining cu laser. (a) Structură de proiectare a cateterului cu patru electrozi; (b) Imagine SEM a cateterului cu patru electrozi pregătită prin micromecanizare cu laser; (c) Mișcarea de îndoire PPy la un capăt al cateterului
Oblele de siliciu sunt biomateriale utilizate în mod obișnuit pentru a prepara biomateriale. Wongwiwat și colab. a studiat efectele structurilor de structuri micro-canale și ale structurilor pătrate procesate pe suprafața napolitelor din siliciu folosind tehnologia de micromachining cu laser asupra caracteristicilor biologice ale napolitanelor din siliciu, indicând faptul că micro-structura suprafeței plăcii de siliciu poate fi Crește absorbția proteinelor. Deși acest lucru va face ca aparatele medicale cardiovasculare sau legate de sânge să producă trombi în timpul aplicării, absorbția sporită a proteinelor poate promova și expansiunea celulară. Acest lucru se aplică dispozitivelor MEMS implantate biomedicale, cum ar fi microcipuri, senzori de presiune și sisteme de livrare a medicamentelor. Aplicația este foarte utilă.
Problema pregătirii structurilor de fibre micro / nano în formă de 3D a fost întotdeauna o problemă care nu poate fi aplicată în mod eficient în domeniul ingineriei țesuturilor. Kim și colab. a folosit tehnologia de prelucrare cu laser femtosecundă pentru a procesa structuri de pori 3D pe structuri de micro / nano fibre 3D produse prin electrospinning.
Elementul de regenerare a nervilor periferici este o structură polimerică cu mai multe straturi realizată din biomateriale precum acidul poli-D-lactic (PDLA) și alcoolul polivinilic (PVA). Filmul PDLA este degradabil în 4-6 luni, iar filmul PVA se dizolvă în aproximativ două săptămâni la 37 ° C. Rezultatele experimentelor Kancharla et al&# 2002 din 2002 au demonstrat că tehnologia de micromachining cu laser este fezabilă pentru prepararea dispozitivelor micro-medicale biodegradabile.
Miniaturizarea componentelor biomedicale, în special tranziția de la biomicrodispozitive la biomateriale, este o provocare pentru cercetători. În domeniul îmbunătățirii dispozitivelor medicale, prevenirii, diagnosticării și tratamentului bolilor, MEMS au potențiale aplicații. Miniaturizarea este o caracteristică importantă a MEMS. Odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei MEMS în domeniul biomedical, modul de procesare cu precizie și rapiditate a componentelor din ce în ce mai complexe și precise a devenit o problemă importantă pentru dezvoltarea MEMS în domeniul biomedical.
Tehnologia de micromachining cu laser face imposibilă pentru metodele convenționale de micromachining să realizeze produse microelectromecanice medicale, cum ar fi catetere medicale, microcipuri și sisteme de livrare a medicamentelor. Deși aplicarea tehnologiei de micromachining cu laser în MEMS biomedicale tocmai a început, dar micromachining-ul cu laser direct și stereolitografia laser bazată pe mecanismul de ablație laser au primit din ce în ce mai multă atenție și cercetare, tehnologia de micromachining cu laser este obligată să promoveze aplicarea largă a MEMS în biomedicale și promovează dezvoltarea ingineriei medicale moderne.