تطبيق تكنولوجيا اللماشين الدقيقة بالليزر في أجهزة التطبيقات البيولوجية
التطبيق الثاني
تصنيع مكونات MEMS الطبية
تعتمد تقنية النظام الكهروميكانيكية الدقيقة على تكنولوجيا القرن الحادي والعشرين القائمة على ميكرونن وتكنولوجيا النانو. ومنذ الثمانينات، تم تطبيقه على الصناعة الطبية، وتم تغطية التكنولوجيات والمنتجات ذات الصلة في مجالات الطب الحيوي مثل الكشف والتشخيص والعلاج. في الوقت الحاضر ، وMMS تكنولوجيا المعالجة هي أساسا تكنولوجيا لمعالجة المواد القائمة على السيليكون باستخدام النقش الكيميائي أو عمليات الدوائر المتكاملة. ومع ذلك ، نظرا لخصائص الاشياء الطبية معالجة MEMS والتطبيقات الصناعية ، وهناك اختلافات كبيرة والتكنولوجيات الجديدة والمواد الجديدة وتستخدم في العلاج الطبي. مع التطبيق المستمر للحقل، لم يتم تطبيق أساليب المعالجة التقليدية القائمة على السيليكون على معالجة MEMS الطبية. بالمقارنة مع تكنولوجيا المعالجة التقليدية القائمة على السيليكون ، فإن تقنية الميكشينينغ بالليزر لا تنطبق فقط على مجموعة متنوعة من المواد ، ولكن أيضًا يمكن معالجة الهياكل الصغيرة ثلاثية الأبعاد بدقة دون ميكرون. لديها احتمال تطبيق جيد في تجهيز MEMS الطبية.
استخدام صفائف microelectrode عالية الكثافة لإثارة أو تسجيل النشاط العصبي هو موضوع بحثي معقد جدا وهامة في مجال الأطراف الاصطناعية العصبية. الأخضر وآخرون ملفقة المحمولة ذات الكثافة العالية مجموعة microelectrode باستخدام تكنولوجيا الفيومبرية الليزر femtosecond باستخدام PDMS التقليدية والبلاتين (Pt) مواد احباط. وتظهر النتائج أن الهيكل السطحي للصفيفة الدقيقة التي تنتجها طريقة الميكاتينات الليزرية موحدة وخشونة. ويفضل أن يكون الحد الأقصى لسمك بقعة القطب في الصفيف حوالي 200 ميكرومتر.
تحتوي مواد نيتريد الألومنيوم (AlN) على تفاعل منخفض في البيئات البيولوجية وهي مناسبة جدًا لصنع أجهزة قابلة للملاءمة بيولوجيًا. باستخدام الياقوت كمادة أساسية، يتم تصنيعها هيكل مجموعة موجه الموجة على سطح الفيلم ALN ويمكن الجمع بين مع نظام microfluidic لتسليم المخدرات. استخدم الصفدي وآخرون الميكرسيمر بالليزر micromachining لتلفيق هيكل موجه الموجي على فيلم AlN القائم على الياقوت. يمكن أن يلعب هذا الهيكل إلى جانب ميكروفليديات دورًا مهمًا في توصيل المخدرات في الأنسجة العصبية.
تلعب الأدوات الجراحية الأقل توغلًا دورًا مهمًا في التشخيص والعلاج الطبي الحيوي، وتشارك القسطرة في العديد من الأدوات الجراحية طفيفة التوغل. مقارنة بالقسطرة السلبية التقليدية، فإن التحكم النشط في القسطرة المقلوبة يتيح المزيد من الدقة والكفاءة. أعد لي وآخرون قسطرة صناعية تعتمد على البوليبيرول (PPy) بواسطة تكنولوجيا الميكاتشين بالليزر وأظهروا قابلية التحكم في القسطرة الأربعة التي تم إعدادها بواسطة حركة الانحناء ثنائية الأبعاد ، كما هو موضح في الشكل. إن الجمع بين القسطرة النشطة التي تنتجها الميكاتين الدقيقة والتصوير المقطعي البصري للتماسك تمكن من تصور السطح تحت السطحي للأنسجة البيولوجية ، مما يؤكد قدرات التصوير الفائقة لاستخدام هذا التصميم الهيكلي.
الشكل PPy القائم على القسطرة النشطة التي أعدتها بالليزر micromachining. (أ) هيكل تصميم القسطرة ذات أربعة أقطاب كهربائية؛ (ب) صورة قسطرة 4 إلكترود SEM أعدت بواسطة مجهرية ليزر؛ (ج) PPy الانحناء الحركة في أحد طرفي القسطرة
فطائر السيليكون هي المواد الحيوية المستخدمة عادة لإعداد المواد الحيوية. ودرس Wongwiwat وآخرون آثار هياكل مجموعة القنوات الصغرى والهياكل المربعة المعالجة على سطح رقائق السيليكون باستخدام تكنولوجيا الميكاتين بالليزر على الخصائص البيولوجية للفطائر السيليكون ، مما يشير إلى أن البنية الدقيقة لسطح رقاقة السيليكون يمكن أن تكون زيادة امتصاص البروتين. على الرغم من أن هذا سوف يسبب القلب والأوعية الدموية أو الأجهزة الطبية ذات الصلة بالدم لإنتاج ثرطب أثناء التطبيق, تعزيز امتصاص البروتين يمكن أن تعزز أيضا توسيع الخلايا. وهذا ينطبق على أجهزة MEMS التي تم زرعها في الطب الحيوي مثل الرقائق الدقيقة وأجهزة استشعار الضغط وأنظمة توصيل الأدوية. التطبيق مفيد جدا.
مشكلة إعداد 3D على شكل هياكل الألياف الدقيقة / نانو كانت دائما مشكلة لا يمكن تطبيقها بشكل فعال في مجال هندسة الأنسجة. استخدم Kim et al. تقنية معالجة الليزر femtosecond لمعالجة هياكل المسام ثلاثية الأبعاد على هياكل الألياف الدقيقة /النانوية ثلاثية الأبعاد التي تنتجها الألياف الكهربائية.
عنصر تجديد العصب المحيطي عبارة عن بنية بوليمر متعددة الطبقات مصنوعة من المواد الحيوية مثل حمض اللاكتيك متعدد الأبعاد (PDLA) والكحول البولي فينيل (PVA). الفيلم PDLA هو قابلة للتحلل في 4-6 أشهر، والفيلم هو حل PVA في حوالي أسبوعين في 37 درجة مئوية. وقد أظهرت نتائج تجارب كانشارلا وآخرون لعام 2002 أن تكنولوجيا التشـاحن الدقيق بالليزر ممكنة لإعداد أجهزة طبية صغيرة قابلة للتحلل الأحيائي.
ويشكل تصغير المكونات الطبية الحيوية، ولا سيما الانتقال من أجهزة الكاديميات الحيوية إلى المواد الحيوية، تحدياً للباحثين. في مجال تحسين الأجهزة الطبية والوقاية والتشخيص والعلاج من الأمراض، وMMS لها تطبيقات محتملة. التصغير هو سمة هامة من سمات MEMS. مع التطوير المستمر لتكنولوجيا MEMS في مجال الطب الحيوي ، أصبحت كيفية معالجة المكونات المعقدة والدقيقة بشكل متزايد بشكل دقيق وسريع قضية مهمة لتطوير MEMS في مجال الطب الحيوي.
تكنولوجيا الليزر micromachining يجعل من المستحيل على أساليب الميكاشين التقليدية لتحقيق المنتجات الطبية microelectromechanical مثل القسطرة الطبية ، والرقائق الدقيقة ، ونظم تسليم الأدوية. على الرغم من أن تطبيق تكنولوجيا الليزر micromachining في MEMS الطبية الحيوية قد بدأت للتو ، ولكن الليزر مباشرة micromachining و stereolithography الليزر على أساس آلية الاجتثاث بالليزر تلقت المزيد والمزيد من الاهتمام والبحوث ، لا بد ليزر micromachining التكنولوجيا لتعزيز التطبيق على نطاق واسع من MEMS في الطب الحيوي وتعزيز تطوير الهندسة الطبية الحديثة.