היישום של טכנולוגיית מיקרו-מכונות לייזר בהתקני יישומים ביולוגיים
יישום שני
ייצור רכיבי MEMS רפואיים
טכנולוגיית המערכת המיקרו-אלקטרומכנית מבוססת על טכנולוגיית המאה ה-21 המבוססת על מיקרון וננוטכנולוגיה. מאז שנות ה-80, היא הוחלה על תעשיית הרפואה, והטכנולוגיות ומוצריה הקשורים כוסו בתחומים ביו-רפואיים כגון זיהוי, אבחון וטיפול. כיום, טכנולוגיית עיבוד MEMS היא בעיקר טכנולוגיה לעיבוד חומרים מבוססי סיליקון באמצעות תחריט כימי או תהליכי מעגל משולבים. עם זאת, בשל המאפיינים של אובייקטים עיבוד MEMS רפואי ויישומים תעשייתיים, ישנם הבדלים גדולים וטכנולוגיות חדשות וחומרים חדשים משמשים בטיפול רפואי. עם היישום הרציף של השדה, שיטות עיבוד מסורתיות המבוססות על סיליקון לא הוחלו על עיבוד של MEMS רפואי. בהשוואה לטכנולוגיה המסורתית המבוססת על סיליקון, טכנולוגיית מיקרו-מכונות הלייזר לא חלה רק על מגוון חומרים, אלא גם יכולה לעבד מיקרו-מבנים תלת-מיודים עם דיוק תת-מיקרון. יש לו סיכוי יישום טוב בעיבוד של MEMS רפואי.
השימוש במערכי מיקרואלקטרוד בצפיפות גבוהה כדי לעורר או לתעד פעילות עצבית הוא נושא מחקרי מורכב וחשוב מאוד בתחום התותבות העצביות. ירוק ואח '. מפוברק מערך מיקרואלקטרודה נייד בצפיפות גבוהה באמצעות טכנולוגיית microfabrication לייזר femtosecond באמצעות PDMS קונבנציונלי פלטינה (Pt) חומרים רדיד. התוצאות מראות כי מבנה פני השטח של מערך microelectrode המיוצר על ידי שיטת מיקרו-מכונות לייזר הוא אחיד וחספוס. רצוי, עובי ספוט אלקטרודה המרבי במערך הוא כ 200 μm.
חומרים אלומיניום nitride (AlN) יש תגובה נמוכה בסביבות ביולוגיות והם מתאימים מאוד להכנת התקנים תואמים ביולוגית. באמצעות ספיר כחומר הבסיס, מבנה מערך מדריך גלים מפוברק על פני השטח של הסרט AlN ותוצג עם מערכת מיקרו-נוזלים לאספקת סמים. ספדי ואח' השתמשו במיקרו-מכונות לייזר כדי לפברק מבנה מדריך גלים על סרט איי.אל.אן המבוסס על ספיר. מבנה זה בשילוב עם microfluidics יכול לשחק תפקיד חשוב באספקת סמים ברקמות עצבים.
כלים כירורגיים פולשניים מינימלית לשחק תפקיד חשוב באבחון וטיפול ביו-רפואי, צנתרים מעורבים בכלים כירורגיים פולשניים רבים. בהשוואה לצנתרים פסיביים קונבנציונליים, שליטה אקטיבית בצנתרים עם קצה מאפשרת דיוק ויעילות רבה יותר. לי ואח' הכין צנתר מלאכותי מבוסס פוליפירול (PPy) על ידי טכנולוגיית מיקרו-מכונות לייזר והפגין את השליטה של הצנתר המוכן בעל ארבעה אלקטרודות על ידי תנועת כיפוף דו-ממדית, כפי שמוצג בדמות. השילוב של צנתר פעיל המיוצר על ידי מיקרו-מכונות וטומוגרפיה של קוהרנטיות אופטית מאפשר הדמיה של תת-פני השטח של הרקמה הביולוגית, המאשרת את יכולות ההדמיה המעלות של שימוש בעיצוב מבני זה.
איור PPy מבוסס צנתר פעיל הוכן על ידי מיקרו-מכונות לייזר. (א) מבנה עיצוב צנתר ארבע אלקטרודות; (ב) תמונת SEM של צנתר ארבע אלקטרודות שהוכנה על ידי מיקרו-מכונות לייזר; (ג) תנועת כיפוף PPy בקצה אחד של הצנתר
וופלים סיליקון משמשים בדרך כלל חומרים ביולוגיים להכנת חומרים ביולוגיים. Wongwiwat ואח ' חקר את ההשפעות של מבנים מערך מיקרו ערוצים ומבנים מרובעים מעובדים על פני השטח של וופלים סיליקון באמצעות טכנולוגיית מיקרו-מכונות לייזר על המאפיינים הביולוגיים של וופלים סיליקון, המציין כי המבנה הזעיר של משטח וופל סיליקון יכול להיות להגדיל את ספיגת חלבון. למרות שזה יגרום לב וכלי דם או מכשירים רפואיים הקשורים לדם לייצר תרבי במהלך היישום, ספיגת חלבון משופרת יכולה גם לקדם את הרחבת התא. הדבר חל על התקני MEMS מושתלים ביו-רפואיים כגון שבבים, חיישני לחץ ומערכות אספקת תרופות. היישום הוא מאוד מועיל.
הבעיה של הכנת מבנים מיקרו /ננו בצורת 3D תמיד הייתה בעיה שלא ניתן ליישם ביעילות בתחום הנדסת רקמות. קים ואח' השתמשו בטכנולוגיית עיבוד לייזר femtosecond כדי לעבד מבני נקבוביות תלת-מיוד על מבני סיבים מיקרו/ננו תלת-מיוד המיוצרים על ידי אלקטרוספינינג.
יסוד התחדשות עצבית היקפית הוא מבנה פולימר רב שכבתי עשוי חומרים ביולוגיים כגון חומצה פולי-D-לקטית (PDLA) ואלכוהול פוליויניל (PVA). הסרט PDLA הוא מתכלה ב 4-6 חודשים, ואת הסרט PVA הוא להתמוסס כשבועיים ב 37 ° C. תוצאות הניסויים של Kancharla et al בשנת 2002 הראו כי טכנולוגיית מיקרו-מכונות לייזר אפשרית להכנת מכשירים מיקרו-רפואיים מתכלים.
מזעור הרכיבים הביו-רפואיים, במיוחד המעבר מתרופות ביולוגיות לביו-חומרים, הוא אתגר עבור החוקרים. בתחום השיפור של מכשירים רפואיים, מניעה, אבחון וטיפול במחלות, MEMS יש יישומים פוטנציאליים. מזעור הוא תכונה חשובה של MEMS. עם הפיתוח המתמשך של טכנולוגיית MEMS בתחום הביו-רפואי, כיצד לעבד במדויק ובמהירות רכיבים מורכבים ומדויקים יותר ויותר הפך לנושא חשוב לפיתוח MEMS בתחום הביו-רפואי.
טכנולוגיית מיקרו-מכונות לייזר מקשה על שיטות מיקרו-מכונות קונבנציונליות לממש מוצרים מיקרו-אלקטרומכניים רפואיים כגון צנתרים רפואיים, שבבים ומערכות אספקת תרופות. אמנם היישום של טכנולוגיית מיקרו-מכונות לייזר ב-MEMS ביו-רפואית רק התחיל, אבל מיקרו-מכונות לייזר ישירות וסטריאוליתוגרפיה לייזר המבוססת על מנגנון אבלציה לייזר קיבלו יותר ויותר תשומת לב ומחקר, טכנולוגיית מיקרו-מכונות לייזר מחויבת לקדם את היישום הרחב של MEMS בביו-רפואה ולקדם את הפיתוח של הנדסה רפואית מודרנית.