De toepassing van lasermicromachiningstechnologie in biologische toepassingsapparatuur
Toepassing twee
Fabricage van medische MEMS-componenten
Micro-elektromechanische systeemtechnologie is gebaseerd op de technologie van de 21ste eeuw, gebaseerd op micron- en nanotechnologie. Sinds de jaren tachtig wordt het toegepast in de medische industrie en zijn aanverwante technologieën en producten bestreken op biomedische gebieden zoals detectie, diagnose en behandeling. Momenteel is MEMS-verwerkingstechnologie voornamelijk een technologie voor het verwerken van op silicium gebaseerde materialen met behulp van chemische ets- of geïntegreerde schakelingsprocessen. Vanwege de kenmerken van medische MEMS-verwerkingsobjecten en industriële toepassingen zijn er echter grote verschillen en worden nieuwe technologieën en nieuwe materialen gebruikt bij medische behandelingen. Met de continue toepassing van het veld zijn traditionele op silicium gebaseerde verwerkingsmethoden niet toegepast op de verwerking van medische MEMS. Vergeleken met de traditionele op silicium gebaseerde verwerkingstechnologie, is lasermicromachiningstechnologie niet alleen van toepassing op een verscheidenheid aan materialen, maar kan ook 3D-microstructuren met submicronprecisie worden verwerkt. Het heeft een goed toepassingsperspectief bij de verwerking van medische MEMS.
Het gebruik van micro-elektrode-arrays met hoge dichtheid om neurale activiteit op te wekken of vast te leggen, is een zeer complex en belangrijk onderzoeksthema op het gebied van neurale prothesen. Green et al. fabriceerde een draagbare high-density micro-elektrode-array met behulp van femtoseconde laser microfabricage technologie met behulp van conventionele PDMS en platina (Pt) foliematerialen. De resultaten laten zien dat de oppervlaktestructuur van de micro-elektrode-array geproduceerd door de lasermicromachining-methode uniform en ruw is. Bij voorkeur is de maximale elektrodevlekdikte in de reeks ongeveer 200 urn.
Aluminiumnitride (AlN) -materialen hebben een lage reactiviteit in biologische omgevingen en zijn zeer geschikt voor het maken van biocompatibele apparaten. Door saffier als basismateriaal te gebruiken, wordt een golfgeleider-array-structuur op het oppervlak van de AlN-film vervaardigd en deze kan worden gecombineerd met een microfluïdisch systeem voor medicijnafgifte. Safadi et al. gebruikte excimeerlasermicromachining om een golfgeleiderstructuur te fabriceren op een op saffier gebaseerde AlN-film. Deze structuur in combinatie met microfluïdica kan een belangrijke rol spelen bij het toedienen van medicijnen in zenuwweefsel.
Minimaal invasieve chirurgische instrumenten spelen een belangrijke rol bij biomedische diagnose en behandeling, en katheters zijn betrokken bij veel minimaal invasieve chirurgische instrumenten. Vergeleken met conventionele passieve katheters, zorgt actieve controle van katheters met een punt voor meer precisie en efficiëntie. Lee et al. bereidde een op polypyrrool (PPy) gebaseerde kunstmatige spieraangedreven katheter voor met laser micromachining-technologie en demonstreerde de bestuurbaarheid van de voorbereide katheter met vier elektroden door tweedimensionale buigbeweging, zoals weergegeven in de afbeelding. De combinatie van een actieve katheter geproduceerd door microbewerking en optische coherentietomografie maakt visualisatie van de ondergrond van het biologische weefsel mogelijk, wat de superieure beeldvormingsmogelijkheden van het gebruik van dit structurele ontwerp bevestigt.
Figuur PPy-gebaseerde actieve katheter bereid door laser micromachining. (a) Ontwerpconstructie voor katheters met vier elektroden; (b) SEM-afbeelding van een katheter met vier elektroden bereid door middel van lasermicromachining; (c) PPy buigbeweging aan een uiteinde van de katheter
Siliciumwafers zijn veelgebruikte biomaterialen om biomaterialen te bereiden. Wongwiwat et al. bestudeerde de effecten van microkanaalarraystructuren en vierkante structuren die op het oppervlak van siliciumwafels werden verwerkt met behulp van lasermicromachiningstechnologie op de biologische kenmerken van siliciumwafels, wat aangeeft dat de microstructuur van het siliciumwafeloppervlak de eiwitabsorptie kan verhogen. Hoewel dit ervoor zorgt dat cardiovasculaire of bloedgerelateerde medische apparaten trombi produceren tijdens het aanbrengen, kan verbeterde eiwitabsorptie ook celexpansie bevorderen. Dit geldt voor biomedische geïmplanteerde MEMS-apparaten zoals microchips, druksensoren en medicijnafgiftesystemen. De applicatie is erg behulpzaam.
Het probleem van de voorbereiding van 3D-vormige micro / nanovezelstructuren is altijd een probleem geweest dat niet effectief kan worden toegepast op het gebied van tissue engineering. Kim et al. gebruikte femtoseconde laserverwerkingstechnologie om 3D-poriestructuren te verwerken op 3D-micro- / nanovezelstructuren die zijn geproduceerd door elektrospinning.
Perifere zenuwregeneratie-element is een meerlaagse polymeerstructuur gemaakt van biomaterialen zoals poly-D-melkzuur (PDLA) en polyvinylalcohol (PVA). De PDLA-film is afbreekbaar in 4-6 maanden, en de PVA-film lost op in ongeveer twee weken bij 37 ° C. De resultaten van Kancharla et al.' s experimenten uit 2002 toonden aan dat lasermicromachining-technologie haalbaar is voor de bereiding van biologisch afbreekbare micromedische apparaten.
De miniaturisatie van biomedische componenten, vooral de overgang van biomicrodevices naar biomaterialen, is een uitdaging voor onderzoekers. Op het gebied van verbetering van medische hulpmiddelen, preventie, diagnose en behandeling van ziekten hebben MEMS mogelijke toepassingen. Miniaturisatie is een belangrijk kenmerk van MEMS. Met de voortdurende ontwikkeling van MEMS-technologie op biomedisch gebied, is het nauwkeurig en snel verwerken van steeds complexere en preciezere componenten een belangrijk punt geworden voor MEMS-ontwikkeling op het biomedische gebied.
Laser-micromachining-technologie maakt het voor conventionele micromachining-methoden onmogelijk om medische micro-elektromechanische producten zoals medische katheters, microchips en medicijnafgiftesystemen te realiseren. Hoewel de toepassing van lasermicromachiningstechnologie in biomedische MEMS net is begonnen, maar de directe lasermicromachining en laserstereolithografie op basis van het laserablatiemechanisme steeds meer aandacht en onderzoek hebben gekregen, zal lasermicromachiningstechnologie de brede toepassing van MEMS in biomedisch en bevorder de ontwikkeling van moderne medische techniek.