Zastosowanie technologii mikroobróbki laserowej w biologicznych urządzeniach aplikacyjnych
Aplikacja pierwsza
Wprowadzenie:Mikroobróbka laserowa powstała w procesie produkcji półprzewodników. Przetwarza materiał za pomocą ultrakrótkich impulsów cięcia laserowego, wiercenia, spawania itp., A następnie uzyskuje dwuwymiarowe (2D) lub trójwymiarowe (3D) procesy strukturalne w mikro-nanoskali.
W porównaniu do laserów o długich impulsach, mikroobróbka laserowa z ultrakrótkimi impulsami jest nieliniowym procesem nierównowagowym z istotnymi efektami progowymi, minimalną strefą wpływu ciepła i wysoką sterowalnością. W ostatnich latach lasery o ultrakrótkich impulsach były szeroko stosowane w dziedzinach mikro-nanotechnologii, takich jak urządzenia mikroprzepływowe, mikroczujniki i zastosowania biomedyczne. Szczególnie w dziedzinie biomedycyny lasery mogą realizować złożone i precyzyjne przetwarzanie mikro- i nanostruktur, które mogą spełnić wymagania niektórych specjalnych zastosowań produktów biomedycznych.
W porównaniu z tradycyjnymi metodami obróbki, mikroobróbka laserowa z ultrakrótkimi impulsami ma zalety" cold" przetwarzanie, niskie zużycie energii, małe uszkodzenia, wysoka dokładność i ścisłe pozycjonowanie w przestrzeni 3D i ma bardzo dobre perspektywy zastosowania w obróbce wyrobów medycznych.
Mikropowierzchniowa obróbka materiałów biologicznych
Właściwości powierzchni biomateriałów mogą znacząco wpływać na zachowania komórek, takie jak adhezja, ekspansja, proliferacja i różnicowanie, i są ważnymi czynnikami wpływającymi na biokompatybilność materiałów. Chociaż metoda modyfikacji powierzchni konwencjonalnego materiału może zwiększyć obciążenie materiału bioaktywnego, występują problemy, takie jak skomplikowany proces, szybkie rozpuszczanie się powłoki w ciele i pękanie powłoki. Technologia mikroobróbki laserowej zmienia charakterystykę powierzchni poprzez szybkie przetwarzanie różnych mikrostruktur na powierzchni materiału i optymalizuje adhezję i różnicowanie komórek poprzez zmianę chropowatości mikronów i odstępów bocznych, a tym samym odgrywa ważną rolę w zmianie biologicznych właściwości komórek tkankowych. efekt. W porównaniu z innymi metodami modyfikacji powierzchni, warstwa modyfikacji powierzchni zmodyfikowanego materiału biologicznego za pomocą technologii mikroobróbki laserowej jest cienka, ma niewielki wpływ na matrycę i pokonuje wady istniejących metod modyfikacji.
Koufaki i in. wykorzystali femtosekundowe skanowanie laserowe do obróbki stożkowej mikrostruktury powierzchni o stosunku chropowatości od 2,0 do 5,9 na powierzchni monokrystalicznego krzemu. Mikrostrukturę skopiowano na polidimetylosiloksan (PDMS) i poliemulsję metodą transferu. - Powierzchnia z polikwasu glikolowego (PLGA) i materiału ORMOCER, jak pokazano poniżej.
(Rys. (A) Mikrostruktury przygotowane na powierzchni monokryształu Si, PDMS, PLGA i ORMOCER przy użyciu technologii laserowej; (b) Fluorescencja żywych komórek NIH / 3T3 (zielona) i martwych komórek (żółto-czerwona) na powierzchni Mikrografia struktur PDMS i PLGA; (c) Mikrografie fluorescencyjne żywych komórek (zielony) i martwych komórek (żółto-czerwone) PC12 na powierzchni struktur PDMS i PLGA)
W dziedzinie inżynierii tkankowej ogromne znaczenie ma badanie właściwości biologicznych komórek na powierzchni materiałów biologicznych. Poprawa i polepszenie właściwości biologicznych materiałów biologicznych to kolejny cel rozwoju współczesnych materiałów biomedycznych. Przy ciągłym zrozumieniu niespecyficznych skutków interfejsów powierzchni biomateriałów coraz więcej badaczy zdaje sobie sprawę, że fundamentalne znaczenie ma jedynie precyzyjna kontrola efektów bioaktywności specyficznych dla powierzchni biomateriału w skali mikroskopowej. Klucz do rozwiązania problemu biokompatybilności biomateriałów.
Technologia mikroobróbki laserowej może wytwarzać różnorodne struktury powierzchniowe na powierzchni materiałów biologicznych, takie jak czyste nanostruktury, różne skale nanometrów, mikronowe połączone struktury kompozytowe, i może wytwarzać unikalne, złożone warstwowe kształty powierzchni w dalszych procesach mikroobróbki laserowej. wygląd. Adhezję komórek i różnicowanie można zoptymalizować zmieniając chropowatość mikronów, odstępy boczne i inne parametry rozmiaru mikrostruktury. Jednak wpływ zmian morfologii powierzchni na komórki jest złożony, a mechanizm jego działania jest nadal badany. Obecnie większość odpowiednich badań znajduje się nadal na etapie laboratoryjnym. Wpływ mikroobróbki laserowej na modyfikację powierzchni materiałów biologicznych również wymaga dużej ilości badań in vitro i in vivo. Doświadczenia są wzajemnie weryfikowane.