مثبط لصناعة تقنية لتلفيق ميكروماتشينيس على أساس المائية مع مكونات مغناطيسيا استجابة سريعة وسهلة

توضح هذه الطريقة استراتيجية تصنيع لإنشاء أجهزة دقيقة متطورة ومتوافقة حيويا قائمة على الهيدروجيل ، والتي يتم دمجها مع المكونات المتحركة التي يمكن تشغيلها مغناطيسيا. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها طريقة سريعة وبسيطة لتصنيع الأجهزة المعقدة الدقيقة من الهلاميات المائية القائمة على التصوير المبثولات المصنوعة من البولي إيثيلين تيريفثالات ، والتي وافقت عليها إدارة الغذاء والدواء الأمريكية للاستخدام في البشر. ينتج عن هذا جهاز متوافق حيويا وقابل للزرع.

للبدء ، راجع بروتوكول النص المصاحب واستخدمه لتصنيع غرفة PDMS وتصميم الأقنعة الضوئية كما هو موضح في بروتوكول النص المصاحب. بعد ذلك ، قم بإنشاء الغطاء العلوي لغرفة PDMS باستخدام قطعة غير معالجة من زلة الغطاء الزجاجي رقم اثنين. بدءا من مستوى الصفر للجهاز ، قم بخفض الركيزة السفلية باستخدام رأس الميكرومتر إلى الارتفاع المطلوب.

قم بإيداع حجم صغير من البوليمر المسبق PEGDA بما يكفي لتغطية الركيزة السفلية ثم ضع الركيزة العلوية على غرفة PDMS. من المهم التأكد من عدم وجود فقاعات هواء محاصرة بين الركائز العلوية والسفلية. ستؤدي فقاعات الهواء إلى تكوين مسام كبيرة أو عيوب في الهيدروجيل المبلمر.

بعد ذلك ، ضع قناعا ضوئيا بالتصميم المطلوب أعلى الركيزة العلوية. تأكد من أن القناع على اتصال كامل بالركيزة العلوية ومحاذاة قاع الركيزة. ضعه على نظارات واقية من الأشعة فوق البنفسجية.

ثم قم بتعريض البوليمر المسبق للهيدروجيل لضوء الأشعة فوق البنفسجية من خلال القناع الضوئي. تعتمد قوة ومدة التعرض للأشعة فوق البنفسجية على نوع النظام وتركيبة PEGDA. بعد بلمرة طبقة الهيدروجيل ، ارفع الركيزة العلوية من غرفة PDMS.

يجب لصق الطبقات المبلمرة على الركيزة العلوية. بلل هذه الطبقة المبلمرة بالبوليمر المسبق الزائد غير المتشابك وقم بتخزينها بعيدا عن الضوء ولمنع الطبقة من الجفاف والتشقق. احفظه لاستخدامه لاحقا لإغلاق الجهاز المجمع.

لإنشاء هياكل الدعم السفلية ، ابدأ بأخذ زلة غطاء زجاجي مطلي ب PDMS واستخدمها كركيزة علوية لغرفة PDMS. قم بإيداع المزيد من البوليمر المسبق للهيدروجيل على الركيزة السفلية وقم بتغطية PDMS جيدا بزلة الغطاء الزجاجي المطلي ب PDMS. هذا لضمان بقاء الطبقات المبلمرة على الركيزة السفلية ، مما يسمح للمستخدم ببناء طبقات لأعلى.

ضع قناعا ضوئيا أعلى العينة ، مع الحرص على محاذاته بشكل صحيح. ثم ، قم بتعريض العينة مرة أخرى للأشعة فوق البنفسجية. بعد التعرض ، قم بإزالة الركيزة العلوية ، وأضف المزيد من البوليمر المسبق PEGDA ، وقم بخفض الركيزة السفلية باستخدام رأس الميكرومتر إلى المستوى المطلوب.

يجب أن يتوافق هذا المستوى مع سمك الطبقة الثانية من الهيدروجيل المراد بلمرته. في هذه المرحلة ، قم بتغطية البئر مرة أخرى بالركيزة العلوية الزجاجية المطلية ب PDMS وقم بمحاذاة القناع الضوئي بشكل صحيح. ثم قم بتعريض العينة للأشعة فوق البنفسجية.

كرر هذه العملية عدة مرات حسب الضرورة لبناء العدد المطلوب من طبقات الهيدروجيل. لتجميع الجهاز وإغلاقه ، قم أولا بإزالة زجاج الغطاء العلوي المطلي ب PDMS وباستخدام زوج من الملقط ، ضع مكونات الهيدروجيل مسبقة التشكيل ، بما في ذلك التروس والمكونات المخدرة بالحديد ، على هياكل الدعم. لإغلاق الجهاز ، قم أولا بإحضار الركيزة السفلية إلى الارتفاع النهائي المطلوب للجهاز المجمع باستخدام مقياس المسمار الميكرومتري.

يجب أن يكون هذا هو الارتفاع النهائي للجهاز ، مع مراعاة سمك الطبقات والمكونات الداخلية وأي خلوصات معطاة للمكونات المتحركة. بعد ذلك ، ضع طبقة الهيدروجيل مسبقة التشكيل ، الملتصقة على زلة الغطاء الزجاجي غير المعالجة ، على الجهاز المجمع جزئيا. ضع الطبقة المشكلة مسبقا بعناية بحيث يتم محاذاتها بشكل صحيح مع الهياكل الموجودة تحتها.

بعد ذلك ، ضع قناعا ضوئيا يسمح بسقف الجهاز ولكنه يحمي المكونات المتحركة الداخلية من التعرض للأشعة فوق البنفسجية. عند القيام بسقف الجهاز ، من المهم ضمان المحاذاة المناسبة للقناع الضوئي بحيث يتم إغلاق الجهاز ، مع تجنب تعرض المكونات المتحركة لأضواء الأشعة فوق البنفسجية. هذا يمنع المكونات المتحركة من البلمرة على الهياكل الداعمة.

بمجرد محاذاة الهيكل بشكل صحيح ، قم بتعريض الهيكل بأكمله للأشعة فوق البنفسجية. ارفع زلة الغطاء الزجاجي من مرحلة التصنيع. يجب أن يلتصق الجهاز المغلق بالركيزة العلوية.

إذا ظل الجهاز ملتصقا بالركيزة السفلية ، فقم برفع الجهاز بعناية باستخدام زوج من الملقط ذو الرؤوس المسطحة. قم بإزالة أي PEGDA زائدة غير مبلمرة بعناية باستخدام الشفط الفراغي. بعد ذلك ، باستخدام زوج من الملقط المسطح ، ارفع الجهاز بعناية عن زلة الغطاء الزجاجي.

ضع الجهاز في محلول ملحي أو ماء DI لمدة 30 دقيقة على الأقل للسماح بتثبيت وتوسيع الجهاز والمكونات الداخلية. لتشغيل الجهاز ، ضع مغناطيس نيوديميوم أسفل الجهاز أو فوقه على بعد سنتيمتر إلى سنتيمترين من الجهاز. أثناء تحريك المغناطيس ، فإن حركة المكونات المخدرة بأكسيد الحديد ستلقي بظلالها على حركة المغناطيس.

تم تصنيع هذا الجهاز الوظيفي أحادي التوجيه في أقل من 15 دقيقة. يمكن تشغيل الجهاز بمغناطيس ويوضح الشكل 7 ب المواضع المختلفة لجزء أكسيد الحديد عندما يتم تشغيله بمغناطيس. يمكن استخدام هذه الإستراتيجية لإنشاء أنواع مختلفة مختلفة من الأجهزة الصغيرة القائمة على الهيدروجيل.

على سبيل المثال ، إليك صمام بوابة بسيط يتحكم في إطلاق الأدوية من خزان واحد. تعمل الحركة الخطية لمكون الهيدروجيل المخدر بأكسيد الحديد على انتشار دواء افتراضي من خلال مخرج. وهنا ، يتحكم المشعب الخطي المسور في إطلاق الأدوية من خزانات متعددة.

يحتوي كل خزان على أدوية افتراضية وحركة المكون المخدر بأكسيد الحديد تدفع حركة الأدوية من هذه الخزانات من خلال نافذة هيدروجيل تسمح بنشر هذه الأدوية من الخارج. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن ينتج عن التصميم المتطور القائم على محرك جنيف حركة متقطعة. يمكن لترس القيادة المزود بدبوس إشراك ترس مدفوع أكبر وإنتاج دوران بزاوية 60 درجة بواسطة الترس لكل دوران كامل لترس القيادة.

استراتيجية التصنيع هذه هي طريقة متعددة الاستخدامات لإنشاء أنواع مختلفة من الأجهزة القائمة على الهيدروجيل. على الرغم من أننا أثبتنا استخدامه في إنشاء أجهزة قائمة على PEG ، إلا أنه يمكن استخدام هذه الإستراتيجية لأي نوع من الهيدروجيل القابل للبلمرة الضوئية. تخلق هذه التقنية ما نعتقد أنه الجيل التالي من الأجهزة القابلة للزرع: أجهزة متطورة ومتوافقة حيويا تماما يمكن التحكم فيها مغناطيسيا وتشغيلها دون الحاجة إلى مصدر طاقة على متن الطائرة.