Lasermikrotöötlustehnoloogia kasutamine bioloogilistes rakendustes
Rakendus üks
Sissejuhatus:Lasermikrotöötlus sai alguse pooljuhtide tootmisprotsessist. See töötleb materjali ülilühikese impulsslaseriga lõikamise, puurimise, keevitamise jms abil ja seejärel saab mikro-nanoskaala kahemõõtmelise (2D) või kolmemõõtmelise (3D) struktuuriprotsessi.
Võrreldes pika impulsslaseriga on ülilühike impulsslaseriga mikrotöötlus mittelineaarne, tasakaalustamata protsess, millel on märkimisväärsed künnisefektid, minimaalne kuumusest mõjutatud tsoon ja kõrge juhitavus. Viimastel aastatel on ülilühikesi impulsslasereid laialdaselt kasutatud mikro-nano tootmise valdkondades, näiteks mikrofluidiseadmed, mikrosensorid ja biomeditsiinilised rakendused. Eriti biomeditsiini valdkonnas suudavad laserid teostada keerukat ja peenet mikro- ja nanostruktuuri töötlemist, mis suudab täita biomeditsiinitoodete teatavate erirakenduste nõudeid.
Võrreldes traditsiooniliste töötlemismeetoditega on ultralühikese impulsslaseriga mikromasinatöötluse eelised&"; külm GG"; töötlemine, madal energiatarbimine, väikesed kahjustused, kõrge täpsus ja range paigutus 3D-ruumis ning sellel on meditsiiniseadmete töötlemisel väga hea rakendusvaade.
Bioloogiliste materjalide mikropinna töötlemine
Biomaterjalide pinnaomadused võivad oluliselt mõjutada rakkude käitumist nagu adhesioon, paisumine, proliferatsioon ja diferentseerumine ning on olulised tegurid, mis mõjutavad materjalide biosobivust. Kuigi tavapärase materjali pinna modifitseerimise meetod võib suurendada bioaktiivse materjali koormust, on probleeme nagu keeruline protsess, katte kiire lahustumine kehas ja katte pragunemine. Laser-mikrotöötlustehnoloogia muudab pinnaomadusi materjali pinnal mitmesuguste mikrostruktuuride kiirel töötlemisel ning optimeerib rakkude adhesiooni ja diferentseerumist, muutes mikroni karedust ja külgvahet ning sellel on seega oluline roll koerakkude bioloogiliste omaduste muutmisel. mõju. Võrreldes teiste pinna modifitseerimismeetoditega on lasermikromasinatöötlustehnoloogia abil modifitseeritud bioloogilise materjali pinna modifitseerimiskiht õhuke, mõjutab maatriksit vähe ja ületab olemasolevate modifitseerimismeetodite puudused.
Koufaki jt. kasutas femtosekundilist laserskaneerimist kitseneva pinna mikrostruktuuri töötlemiseks kareduse suhtega 2,0 kuni 5,9 ühekristallilise räni pinnal. Mikrostruktuur kopeeriti ülekandemeetodil polüdimetüülsiloksaani (PDMS) ja polüemulsiooni. - polüglükoolhappe (PLGA) ja ORMOCERi materjali pind, nagu allpool näidatud.
(Joonis (a) Mikrostruktuurid, mis on valmistatud monokristall Si, PDMS, PLGA ja ORMOCER pinnal lasertehnoloogia abil; (b) NIH / 3T3 elusrakkude (rohelised) ja surnud rakkude (kollakaspunased) fluorestsents PDMS ja PLGA struktuuride mikrograaf; (c) PC12 elusrakkude (rohelised) ja surnud rakkude (kollakaspunased) fluorestsentsmikroskoobid PDMS ja PLGA struktuuride pinnal)
Kudetehnika valdkonnas on bioloogiliste materjalide pinnal olevate rakkude bioloogiliste omaduste uurimine suure tähendusega. Bioloogiliste materjalide bioloogiliste omaduste parandamine ja täiustamine on kaasaegsete biomeditsiiniliste materjalide väljatöötamise teine fookus. Pidevalt mõistes biomaterjalide pindliideste mittespetsiifilisi mõjusid, on üha enam teadlasi mõistnud, et põhiline on ainult biomaterjalide pinnaspetsiifiliste bioaktiivsuse mõjude täpne kontrollimine mikroskoopilises skaalas. Biomaterjalide biosobivuse lahendamise võti.
Lasermikrotöötlustehnoloogia abil saab bioloogiliste materjalide pinnal toota mitmesuguseid pinnastruktuure, nagu puhtad nanostruktuurid, mitmesugused nanomeetri skaalad, mikronitega kombineeritud komposiitstruktuurid, ning edasiste lasermikormasinate abil saab toota ainulaadseid, keerukaid kihilisi pinnakujundeid. välimus. Rakkude adhesiooni ja diferentseerumist saab optimeerida mikronite kareduse, külgvahe ja muude mikrostruktuuri suuruse parameetrite muutmise teel. Pinna morfoloogia muutuste mõju rakkudele on aga keeruline ja selle toimemehhanismi alles uuritakse. Praegu on suurem osa asjakohastest uuringutest veel labori staadiumis. Lasermikromasinatöötluse mõju bioloogiliste materjalide pinna modifitseerimisele nõuab ka suurt hulka in vitro ja in vivo. Katseid kontrollitakse vastastikku.