Un additif de fabrication Technique pour la Fabrication rapide et Facile des Micromachines base d’Hydrogel avec composants magnétiquement sensibles

Cette méthode démontre une stratégie de fabrication pour créer des microdispositifs sophistiqués et biocompatibles à base d’hydrogel, qui sont incorporés avec des composants mobiles pouvant être actionnés magnétiquement. Le principal avantage de cette technique est qu’il s’agit d’une méthode simple et rapide pour micro-fabriquer des dispositifs complexes à partir d’hydrogels à base de PET, qui sont approuvés par la FDA pour une utilisation chez l’homme. Il en résulte un dispositif entièrement biocompatible et implantable.

Pour commencer, examinez le protocole de texte d’accompagnement et utilisez-le pour fabriquer la chambre PDMS et concevoir les photomasques comme décrit dans le protocole de texte d’accompagnement. Ensuite, créez le couvercle supérieur de la chambre PDMS à l’aide d’un morceau non traité d’une lamelle de verre numéro deux. En partant du niveau zéro de l’appareil, abaissez le substrat inférieur à l’aide de la tête micrométrique à la hauteur souhaitée.

Déposez un petit volume de prépolymère PEGDA suffisant pour recouvrir le substrat inférieur, puis placez le substrat supérieur sur la chambre PDMS. Il est important de s’assurer qu’il n’y a pas de bulles d’air piégées entre les substrats supérieur et inférieur. Les bulles d’air entraîneront la formation de pores dilatés ou de défauts dans l’hydrogel polymérisé.

Ensuite, placez un photomasque avec le motif souhaité sur le substrat supérieur. Assurez-vous que le masque est en plein contact avec le substrat supérieur et alignez-le sur le dessous du substrat. Placez sur des lunettes de protection UV.

Exposez ensuite le prépolymère d’hydrogel à la lumière UV à travers le photomasque. La puissance et la durée de l’exposition aux UV dépendent du type de système et de la formulation de PEGDA. Une fois la couche d’hydrogel polymérisée, soulevez le substrat supérieur de la chambre PDMS.

Les couches polymérisées doivent être collées sur le substrat supérieur. Mouillez cette couche polymérisée avec un excès de prépolymère non réticulé et stockez-la à l’abri de la lumière et pour éviter que la couche ne se dessèche et ne se fissure. Conservez-le pour une utilisation ultérieure afin de sceller l’appareil assemblé.

Pour créer les structures de support inférieures, commencez par prendre une lamelle en verre recouverte de PDMS et utilisez-la comme substrat supérieur de la chambre PDMS. Déposez plus de prépolymère d’hydrogel sur le substrat inférieur et couvrez bien le PDMS avec la lamelle en verre recouverte de PDMS. Il s’agit de s’assurer que les couches polymérisées restent sur le substrat inférieur, permettant à l’utilisateur de construire des couches vers le haut.

Placez un photomasque sur l’échantillon en prenant soin de l’aligner correctement. Ensuite, exposez à nouveau l’échantillon à la lumière UV. Après l’exposition, retirez le substrat supérieur, ajoutez plus de prépolymère PEGDA et abaissez le substrat inférieur à l’aide de la tête micrométrique au niveau souhaité.

Ce niveau doit correspondre à l’épaisseur de la deuxième couche d’hydrogel à polymériser. À ce stade, couvrez à nouveau le puits avec le substrat supérieur en verre recouvert de PDMS et alignez correctement le photomasque. Ensuite, exposez l’échantillon à la lumière UV.

Répétez ce processus autant de fois que nécessaire pour accumuler le nombre souhaité de couches d’hydrogel. Pour assembler et sceller l’appareil, retirez d’abord le verre de protection supérieur recouvert de PDMS et, à l’aide d’une pince à épiler, placez les composants préformés en hydrogel, y compris les engrenages et les composants dopés au fer, sur les structures de support. Pour sceller l’appareil, amenez d’abord le substrat inférieur à la hauteur finale souhaitée de l’appareil assemblé à l’aide de la jauge à vis micrométrique.

Il doit s’agir de la hauteur finale de l’appareil, en tenant compte de l’épaisseur des couches, des composants intérieurs et des jeux donnés pour les composants mobiles. Ensuite, placez la couche d’hydrogel préformée, collée sur la lamelle de couvercle en verre non traité, sur l’appareil partiellement assemblé. Placez soigneusement la couche préformée de manière à ce qu’elle soit correctement alignée sur les structures situées en dessous.

Ensuite, placez un photomasque qui permet le plafond de l’appareil mais protège les composants mobiles intérieurs de l’exposition aux UV. En faisant le plafond de l’appareil, il est important d’assurer un bon alignement du photomasque afin que l’appareil soit scellé, tout en évitant l’exposition des composants mobiles aux rayons UV. Cela empêche les composants mobiles d’être polymérisés sur les structures de support.

Une fois correctement aligné, exposez toute la structure à la lumière UV. Soulevez la lamelle de recouvrement en verre de l’étape de fabrication. L’appareil scellé doit adhérer au substrat supérieur.

Si l’appareil reste collé au substrat inférieur, soulevez délicatement l’appareil à l’aide d’une pince à épiler à bout plat. Retirez soigneusement tout excès de PEGDA non polymérisé à l’aide de l’aspiration sous vide. Ensuite, à l’aide d’une pince à épiler plate, soulevez délicatement l’appareil de la lamelle en verre.

Placez l’appareil dans une solution saline ou de l’eau DI pendant au moins 30 minutes pour permettre la stabilisation et l’expansion de l’appareil et des composants intérieurs. Pour actionner l’appareil, placez un aimant en néodyme sous ou au-dessus de l’appareil à moins d’un à deux centimètres de l’appareil. Lors du déplacement de l’aimant, le mouvement des composants dopés à l’oxyde de fer fera de l’ombre au mouvement de l’aimant.

Ce dispositif fonctionnel à engrenage unique a été fabriqué en moins de 15 minutes. L’appareil peut être actionné à l’aide d’un aimant et la figure 7B montre les différentes positions du segment d’oxyde de fer lorsqu’il est actionné à l’aide d’un aimant. Cette stratégie peut être utilisée pour créer différents types de micro-dispositifs à base d’hydrogel.

Par exemple, il s’agit d’un simple robinet-vanne qui contrôle la libération de médicaments à partir d’un seul réservoir. Le mouvement linéaire du composant hydrogel dopé à l’oxyde de fer empêche la diffusion d’un médicament hypothétique par une sortie. Et ici, un collecteur linéaire à portes contrôle la libération de médicaments à partir de plusieurs réservoirs.

Chaque réservoir contient des médicaments hypothétiques et le mouvement du composant dopé à l’oxyde de fer bloque le mouvement des médicaments hors de ces réservoirs à travers une fenêtre d’hydrogel qui permet la diffusion de ces médicaments hors de l’extérieur. De plus, une conception sophistiquée basée sur le Geneva drive peut produire un mouvement intermittent. Un engrenage d’entraînement avec la goupille est capable d’engager un engrenage plus grand et de produire une rotation de 60 degrés par l’engrenage pour chaque rotation complète de l’engrenage d’entraînement.

Cette stratégie de fabrication est une méthode polyvalente pour créer divers types de dispositifs à base d’hydrogel. Bien que nous ayons démontré son utilisation dans la création de dispositifs basés sur le PEG, cette stratégie peut être utilisée pour tout type d’hydrogel photopolymérisable. Cette technique crée ce que nous pensons être la prochaine génération de dispositifs implantables : des dispositifs sophistiqués, entièrement biocompatibles, qui peuvent être contrôlés et actionnés magnétiquement sans avoir besoin d’une source d’alimentation embarquée.