היישום של טכנולוגיית לייזר מיקרו מכונות במכשירי יישום ביולוגיים
יישום אחד
מבוא:מקור מיקרו-מכונות לייזר נוצר בתהליך ייצור המוליכים למחצה. הוא מעבד את החומר באמצעות חיתוך לייזר דופק קצר במיוחד, קידוח, ריתוך וכו ', ואז משיג תהליכי מבנה מיקרו-ננומטריים דו מימדיים (2D) או תלת מימדיים (3D).
בהשוואה לייזרים דופקים ארוכים, מיקרו-מכונות לייזר בעלות פעימה אולטרה-קצרה היא תהליך לא ליניארי ולא-שיווי משקל עם השפעות סף משמעותיות, אזור מינימלי המושפע מחום ושליטה גבוהה. בשנים האחרונות נעשה שימוש נרחב בלייזר הדופק הקצר ביותר בתחומי ייצור מיקרו-ננו כגון מכשירים מיקרו-נוזלים, מיקרו-חיישנים ויישומים ביו-רפואיים. במיוחד בתחום הביו-רפואה, לייזרים יכולים לממש עיבוד מיקרו-ננו מורכב ומשובח, אשר יכול לענות על הדרישות של יישומים מיוחדים מסוימים של מוצרים ביו-רפואיים.
בהשוואה לשיטות העיבוד המסורתיות, למיקרו-מכונות לייזר בעלות דופק מהיר יותר יש יתרונות של"" קר; עיבוד, צריכת אנרגיה נמוכה, נזק קטן, דיוק גבוה ומיצוב קפדני בחלל תלת ממדי, ויש לו סיכוי יישום טוב מאוד בעיבוד מכשירים רפואיים.
עיבוד מיקרו-משטח של חומרים ביולוגיים
מאפייני פני השטח של חומרים ביולוגיים יכולים להשפיע באופן משמעותי על התנהגויות תאים כגון הידבקות, התפשטות, התפשטות והתמיינות, והם גורמים חשובים המשפיעים על התאימות הביולוגית של החומרים. למרות ששיטת שינוי פני השטח של החומר הקונבנציונאלי יכולה להגדיל את עומס החומר הביו-אקטיבי, ישנן בעיות כגון תהליך מסובך, פירוק מהיר של הציפוי בגוף וסדקים של הציפוי. טכנולוגיית לייזר מיקרו-מכונות לייזר משנה את מאפייני המשטח על ידי עיבוד מהיר של מיקרו-מבנים שונים על פני החומר, ומייעלת את ההידבקות וההבדלה של התאים על ידי שינוי חספוס המיקרון והריווח לרוחב, וכך יש לה תפקיד חשוב בשינוי המאפיינים הביולוגיים של תאי רקמה. השפעה. בהשוואה לשיטות שינוי משטח אחרות, שכבת שינוי המשטח של החומר הביולוגי המתוקן על ידי טכנולוגיית לייזר מיקרו-מכונה היא דקה, אינה משפיעה מעט על המטריצה ומתגברת על החסרונות של שיטות השינוי הקיימות.
קופאקי ואח '. השתמש בסריקת לייזר פמטו-שנייה לעיבוד מיקרו-משטח מחודד עם יחס חספוס של 2.0 עד 5.9 על משטח סיליקון קריסטל יחיד. המיקרו-מבנה הועתק לפולידימתילסילוקסאן (PDMS) ופולימולסיה בשיטת העברה. - חומצה פוליגליקולית (PLGA) ומשטח חומר ORMOCER, כמוצג להלן.
(איור (א) מיקרו-מבנים שהוכנו על פני גביש יחיד Si, PDMS, PLGA ו- ORMOCER באמצעות טכנולוגיית לייזר; (ב) פלואורסצנטי של תאים חיים NIH / 3T3 (ירוק) ותאים מתים (צהוב-אדום) על פני השטח של מבני PDMS ו- PLGA מיקרוגרף; (ג) צילומי פלואורסצנטי של תאים חיים (ירוקים) ותאים מתים (צהוב-אדום) של PC12 על פני מבני PDMS ו- PLGA)
בתחום הנדסת רקמות יש חשיבות רבה ללימוד המאפיינים הביולוגיים של תאים על פני החומרים הביולוגיים. שיפור ושיפור התכונות הביולוגיות של חומרים ביולוגיים מהווה מוקד נוסף בפיתוח חומרים ביו-רפואיים עכשוויים. עם ההבנה המתמדת של ההשפעות הלא ספציפיות של ממשקי משטח ביו-חומרי, יותר ויותר חוקרים הבינו שרק השליטה המדויקת בהשפעות ביו-פעילות ספציפיות למשטח ביו-חומרי בקנה מידה מיקרוסקופי היא בסיסית. המפתח לפתרון התאימות הביולוגית של חומרים ביולוגיים.
טכנולוגיית לייזר מיקרו-מכונות לייזר יכולה לייצר מגוון של מבני שטח על פני החומרים הביולוגיים, כגון מבני ננו טהורים, קשקשים שונים של ננומטר, מבנים משולבים במיקרון משולב, ויכולה לייצר צורות משטח שכבות ייחודיות ומורכבות באמצעות תהליכי מיקרו-מכונות לייזר נוספים. מראה חיצוני. ניתן לבצע אופטימיזציה של הידבקות ותא בידול תאים על ידי שינוי חספוס מיקרון, מרווח לרוחב ופרמטרים אחרים בגודל המיקרו. עם זאת, ההשפעה של שינויים מורפולוגיים על פני השטח על התאים היא מורכבת, ומנגנון הפעולה שלה עדיין נחקר. נכון לעכשיו, רוב המחקרים הרלוונטיים עדיין נמצאים בשלב המעבדה. ההשפעה של מיקרו-מכונות לייזר על שינוי פני השטח של חומרים ביולוגיים דורשת גם כמות גדולה של חוץ גופית ו- in vivo. הניסויים אומתו הדדית.