Приложението на технологията за лазерна микрообработка в устройства за биологично приложение
Приложение първо
Въведение:Лазерното микрообработване възниква в процеса на производство на полупроводници. Той обработва материала чрез ултракъсо импулсно лазерно рязане, пробиване, заваряване и др., А след това получава микро-наномащабни двумерни (2D) или триизмерни (3D) структурни процеси.
В сравнение с лазерите с дълъг импулс, ултракъсото импулсно лазерно микрообработване е нелинеен, неравновесен процес със значителни прагови ефекти, минимална зона на въздействие върху топлината и висока управляемост. През последните години ултра късите импулсни лазери се използват широко в полета за микро-нано производство като микрофлуидни устройства, микросензори и биомедицински приложения. Особено в областта на биомедицината, лазерите могат да реализират сложна и фина микро- и наноструктурна обработка, която може да отговори на изискванията на някои специални приложения на биомедицински продукти.
В сравнение с традиционните методи за обработка, ултракъсоимпулсното лазерно микрообработване има предимствата на" студен" обработка, ниска консумация на енергия, малка повреда, висока точност и стриктно позициониране в 3D пространство и има много добра перспектива за приложение при обработката на медицински изделия.
Микроповърхностна обработка на биологични материали
Повърхностните характеристики на биоматериалите могат значително да повлияят на поведението на клетките като адхезия, разширяване, пролиферация и диференциация и са важни фактори, влияещи върху биосъвместимостта на материалите. Въпреки че методът за повърхностна модификация на конвенционалния материал може да увеличи натоварването на биоактивния материал, има проблеми като сложен процес, бързо разтваряне на покритието в тялото и напукване на покритието. Лазерната технология за микрообработка променя характеристиките на повърхността чрез бърза обработка на различни микроструктури на повърхността на материала и оптимизира адхезията и диференциацията на клетките чрез промяна на микроновата грапавост и странично разстояние и по този начин има важна роля за промяна на биологичните характеристики на тъканните клетки. ефект. В сравнение с други методи за повърхностна модификация, повърхностно модифициращият слой на модифицирания биологичен материал чрез лазерната технология за микрообработка е тънък, има малко влияние върху матрицата и преодолява недостатъците на съществуващите методи за модификация.
Koufaki et al. използва фемтосекундно лазерно сканиране за обработка на конусна повърхностна микроструктура със съотношение на грапавост 2,0 до 5,9 върху монокристална силициева повърхност. Микроструктурата се копира в полидиметилсилоксан (PDMS) и полиемулсия чрез трансферен метод. - Полигликолова киселина (PLGA) и повърхност на материала ORMOCER, както е показано по-долу.
(Фиг. (А) Микроструктури, приготвени на повърхността на монокристални Si, PDMS, PLGA и ORMOCER с помощта на лазерна технология; (б) Флуоресценция на живи клетки NIH / 3T3 (зелени) и мъртви клетки (жълто-червено) на повърхността на PDMS и PLGA структури Микрография; (в) Флуоресцентни микрографии на живи клетки (зелени) и мъртви клетки (жълто-червени) на PC12 на повърхността на PDMS и PLGA структури)
В областта на тъканното инженерство изучаването на биологичните характеристики на клетките на повърхността на биологичните материали е от голямо значение. Подобряването и подобряването на биологичните свойства на биологичните материали е друг фокус в развитието на съвременните биомедицински материали. С постоянното разбиране на неспецифичните ефекти на повърхностите на повърхността на биоматериала, все повече изследователи осъзнават, че само прецизният контрол на специфичните ефекти на биоматериал на повърхността на биоактивността в микроскопския мащаб е от основно значение. Ключът към решаването на биосъвместимостта на биоматериалите.
Лазерната технология за микрообработка може да създаде различни повърхностни структури на повърхността на биологични материали, като чисти наноструктури, различни мащаби от нанометри, комбинирани композитни структури от микрони и може да произведе уникални, сложни слоести повърхностни форми чрез по-нататъшни процеси на лазерно микрообработване. външен вид. Адхезията и диференциацията на клетките могат да бъдат оптимизирани чрез променлива грапавост на микрона, странично разстояние и други параметри на размера на микроструктурата. Ефектът от повърхностните морфологични промени върху клетките е сложен и механизмът му на действие все още се изследва. В момента повечето от съответните изследвания все още са в лабораторен етап. Ефектът от лазерното микрообработване върху повърхностната модификация на биологичните материали също изисква голямо количество in vitro и in vivo Експериментите са взаимно проверени.