L'application de la technologie de micro-usinage laser dans les dispositifs d'application biologique
Application deux
Fabrication de composants médicaux MEMS
La technologie des systèmes micro-électromécaniques est basée sur la technologie du 21ème siècle basée sur le micron et la nanotechnologie. Depuis les années 1980, il a été appliqué à l'industrie médicale, et ses technologies et produits connexes ont été couverts dans les domaines de la biomédecine tels que la détection, le diagnostic et le traitement. À l'heure actuelle, la technologie de traitement MEMS est principalement une technologie de traitement de matériaux à base de silicium à l'aide de procédés de gravure chimique ou de circuits intégrés. Cependant, en raison des caractéristiques des objets de traitement des MEMS médicaux et des applications industrielles, il existe de grandes différences et de nouvelles technologies et de nouveaux matériaux sont utilisés dans le traitement médical. Avec l'application continue du domaine, les méthodes de traitement traditionnelles à base de silicium n'ont pas été appliquées au traitement des MEMS médicaux. Par rapport à la technologie de traitement traditionnelle à base de silicium, la technologie de micro-usinage laser s'applique non seulement à une variété de matériaux, mais peut également traiter des micro-structures 3D avec une précision submicronique. Il a une bonne perspective d'application dans le traitement des MEMS médicaux.
L'utilisation de réseaux de microélectrodes haute densité pour susciter ou enregistrer l'activité neuronale est un sujet de recherche très complexe et important dans le domaine des prothèses neurales. Green et coll. a fabriqué un réseau de microélectrodes portables à haute densité en utilisant la technologie de microfabrication laser femtoseconde utilisant des matériaux classiques PDMS et en feuille de platine (Pt). Les résultats montrent que la structure de surface du réseau de microélectrodes produit par le procédé de micro-usinage laser est uniforme et de rugosité. De préférence, l'épaisseur maximale du point d'électrode dans le réseau est d'environ 200 um.
Les matériaux en nitrure d'aluminium (AlN) ont une faible réactivité dans les environnements biologiques et conviennent parfaitement à la fabrication de dispositifs biocompatibles. En utilisant du saphir comme matériau de base, une structure de réseau de guides d'ondes est fabriquée sur la surface du film d'AlN et peut être combinée avec un système microfluidique pour l'administration de médicaments. Safadi et coll. a utilisé le micro-usinage laser excimer pour fabriquer une structure de guide d'ondes sur un film AlN à base de saphir. Cette structure combinée à la microfluidique peut jouer un rôle important dans l'administration de médicaments dans les tissus nerveux.
Les outils chirurgicaux mini-invasifs jouent un rôle important dans le diagnostic et le traitement biomédicaux, et les cathéters sont impliqués dans de nombreux outils chirurgicaux mini-invasifs. Par rapport aux cathéters passifs conventionnels, le contrôle actif des cathéters à pointe permet une plus grande précision et efficacité. Lee et coll. a préparé un cathéter à entraînement musculaire artificiel à base de polypyrrole (PPy) par la technologie de micro-usinage laser et a démontré la contrôlabilité du cathéter à quatre électrodes préparé par un mouvement de flexion bidimensionnel, comme indiqué sur la figure. La combinaison d'un cathéter actif produit par micro-usinage et tomographie par cohérence optique permet la visualisation de la sous-surface du tissu biologique, confirmant les capacités d'imagerie supérieures de l'utilisation de cette conception structurelle.
Figure Cathéter actif à base de PPy préparé par micro-usinage laser. (a) Structure de conception de cathéter à quatre électrodes; (b) Image SEM de cathéter à quatre électrodes préparée par micro-usinage laser; (c) Mouvement de flexion PPy à une extrémité du cathéter
Les plaquettes de silicium sont des biomatériaux couramment utilisés pour préparer des biomatériaux. Wongwiwat et coll. a étudié les effets des structures de réseau à micro-canaux et des structures carrées traitées à la surface des tranches de silicium à l'aide de la technologie de micro-usinage laser sur les caractéristiques biologiques des tranches de silicium, indiquant que la micro-structure de la surface de la tranche de silicium peut être Augmenter l'absorption des protéines. Bien que cela amène les dispositifs médicaux cardiovasculaires ou sanguins à produire des thrombus pendant l'application, une meilleure absorption des protéines peut également favoriser l'expansion cellulaire. Cela s'applique aux dispositifs MEMS implantés biomédicaux tels que les micropuces, les capteurs de pression et les systèmes d'administration de médicaments. L'application est très utile.
Le problème de la préparation de structures micro / nanofibres de forme 3D a toujours été un problème qui ne peut pas être appliqué efficacement dans le domaine de l'ingénierie tissulaire. Kim et coll. a utilisé la technologie de traitement laser femtoseconde pour traiter des structures de pores 3D sur des structures de micro / nanofibres 3D produites par électrofilage.
L'élément de régénération des nerfs périphériques est une structure polymère multicouche composée de biomatériaux tels que l'acide poly-D-lactique (PDLA) et l'alcool polyvinylique (PVA). Le film PDLA est dégradable en 4 à 6 mois et le film PVA se dissout en environ deux semaines à 37 ° C. Les résultats des expériences de Kancharla et al&en 2002 ont démontré que la technologie de micro-usinage laser est faisable pour la préparation de dispositifs micromédicaux biodégradables.
La miniaturisation des composants biomédicaux, en particulier la transition des biomicrodispositifs aux biomatériaux, est un défi pour les chercheurs. Dans le domaine de l'amélioration des dispositifs médicaux, de la prévention, du diagnostic et du traitement des maladies, les MEMS ont des applications potentielles. La miniaturisation est une caractéristique importante du MEMS. Avec le développement continu de la technologie MEMS dans le domaine biomédical, comment traiter avec précision et rapidement des composants de plus en plus complexes et précis est devenu un enjeu important pour le développement des MEMS dans le domaine biomédical.
La technologie de micro-usinage au laser empêche les méthodes de micro-usinage conventionnelles de réaliser des produits microélectromécaniques médicaux tels que des cathéters médicaux, des micropuces et des systèmes d'administration de médicaments. Bien que l'application de la technologie de micro-usinage laser dans les MEMS biomédicaux ne fasse que commencer, mais le micro-usinage laser direct et la stéréolithographie laser basés sur le mécanisme d'ablation laser ont reçu de plus en plus d'attention et de recherche, la technologie de micro-usinage laser ne peut que favoriser la large application des MEMS dans biomédical et promouvoir le développement de l'ingénierie médicale moderne.