Využití technologie laserového mikroobrábění v biologických aplikačních zařízeních
Aplikace dvě
Výroba zdravotnických komponent MEMS
Technologie mikro-elektromechanického systému je založena na technologii 21. století založené na mikronech a nanotechnologiích. Od osmdesátých let se aplikuje na lékařský průmysl a jeho související technologie a produkty jsou pokryty v oblastech biomedicíny, jako je detekce, diagnostika a léčba. V současné době je technologie zpracování MEMS hlavně technologií pro zpracování materiálů na bázi křemíku pomocí chemického leptání nebo integrovaných obvodů. Avšak vzhledem k vlastnostem lékařských objektů pro zpracování MEMS a průmyslovým aplikacím existují velké rozdíly a v lékařském ošetření se používají nové technologie a nové materiály. S nepřetržitým používáním pole nebyly tradiční metody zpracování na bázi křemíku použity ke zpracování lékařských MEMS. Ve srovnání s tradiční technologií zpracování na bázi křemíku se technologie laserového mikroobrábění vztahuje nejen na různé materiály, ale také dokáže zpracovávat 3D mikrostruktury s přesností pod mikrony. Má dobrou aplikační perspektivu při zpracování lékařských MEMS.
Použití mikroelektrodových polí s vysokou hustotou k probuzení nebo záznamu nervové aktivity je velmi složitým a důležitým výzkumným tématem v oblasti neurálních protéz. Green a kol. vyrobil přenosné pole mikroelektrod s vysokou hustotou pomocí femtosekundové laserové technologie mikrofabrikace pomocí konvenčních PDMS a platinových (Pt) fóliových materiálů. Výsledky ukazují, že povrchová struktura pole mikroelektrod vyráběná metodou laserového mikroobrábění je rovnoměrná a drsná. Výhodně je maximální tloušťka elektrodového bodu v sestavě asi 200 μm.
Materiály nitridu hlinitého (AlN) mají v biologickém prostředí nízkou reaktivitu a jsou velmi vhodné pro výrobu biokompatibilních zařízení. Použitím safíru jako základního materiálu je na povrchu AlN filmu vyrobena struktura vlnovodového pole a může být kombinována s mikrofluidním systémem pro dodávání léčiva. Safadi a kol. použil excimerové laserové mikroobrábění k výrobě struktury vlnovodu na safírové AlN fólii. Tato struktura v kombinaci s mikrofluidiky může hrát důležitou roli při dodávání léčiva do nervových tkání.
Minimálně invazivní chirurgické nástroje hrají důležitou roli v biomedicínské diagnostice a léčbě a katetry jsou zapojeny do mnoha minimálně invazivních chirurgických nástrojů. Ve srovnání s konvenčními pasivními katétry umožňuje aktivní kontrola špičkových katétrů větší přesnost a účinnost. Lee a kol. připravil katetr na bázi umělých svalů na bázi polypyrolu (PPy) laserovou technologií mikromachinování a demonstroval ovladatelnost připraveného čtyřelektrodového katétru dvourozměrným ohybovým pohybem, jak je znázorněno na obrázku. Kombinace aktivního katétru vyrobeného mikromechanickým obráběním a optickou koherentní tomografií umožňuje vizualizaci podpovrchu biologické tkáně, což potvrzuje vynikající zobrazovací schopnosti použití tohoto strukturního designu.
Obrázek Aktivní katétr na bázi PPy připravený laserovým mikroobráběním. (a) konstrukční struktura katétru se čtyřmi elektrodami; (b) SEM obraz se čtyřmi elektrodami připravený laserovým mikroobráběním; (c) Ohybový pohyb PPy na jednom konci katétru
Křemíkové destičky se běžně používají k výrobě biomateriálů. Wongwiwat a kol. studoval účinky struktur mikrokanálového pole a čtvercových struktur zpracovaných na povrchu křemíkových destiček pomocí technologie laserového mikroobrábění na biologické vlastnosti křemíkových destiček, což naznačuje, že mikrostruktura povrchu křemíkové destičky může být Zvýšení absorpce bílkovin. I když to způsobí, že kardiovaskulární nebo krevní související zdravotnické prostředky budou během aplikace produkovat tromby, zvýšená absorpce bílkovin může také podporovat expanzi buněk. To platí pro biomedicínská implantovaná zařízení MEMS, jako jsou mikročipy, tlakové senzory a systémy pro podávání léků. Aplikace je velmi užitečná.
Problém přípravy struktur mikro / nano vláken ve tvaru 3D byl vždy problém, který nelze efektivně aplikovat v oblasti tkáňového inženýrství. Kim a kol. použila technologii zpracování femtosekundovým laserem ke zpracování 3D pórových struktur na 3D mikro / nano vláknových strukturách vyrobených elektrostatickým zvlákňováním.
Regenerační prvek periferních nervů je vícevrstvá polymerní struktura vyrobená z biomateriálů, jako je kyselina poly-D-mléčná (PDLA) a polyvinylalkohol (PVA). Film PDLA je rozložitelný za 4–6 měsíců a film PVA se rozpustí přibližně za dva týdny při 37 ° C. Výsledky experimentů Kancharla et al.&# 39 z roku 2002 prokázaly, že pro přípravu biologicky rozložitelných mikrolekařských přístrojů je možná technologie laserového mikroobrábění.
Miniaturizace biomedicínských složek, zejména přechod z biomikrodevice na biomateriály, je výzvou pro výzkumné pracovníky. V oblasti zdokonalování zdravotnických prostředků, prevence, diagnostiky a léčby nemocí mají MEMS potenciální uplatnění. Miniaturizace je důležitým rysem MEMS. S neustálým vývojem technologie MEMS v biomedicínské oblasti se stalo důležitým problémem pro vývoj MEMS v biomedicínské oblasti, jak přesně a rychle zpracovávat stále složitější a přesnější komponenty.
Technologie laserového mikroobrábění znemožňuje běžným metodám mikroobrábění realizovat lékařské mikroelektromechanické produkty, jako jsou lékařské katétry, mikročipy a systémy pro podávání léků. Ačkoli aplikace technologie laserového mikroobrábění v biomedicínském MEMS právě začala, ale přímé laserové mikroobrábění a laserové stereolitografii založené na mechanismu laserové ablace se věnuje stále více pozornosti a výzkumu, technologie laserového mikroobrábění je povinna propagovat široké použití MEMS v biomedicínské a podporovat rozvoj moderního lékařského inženýrství.