Progettazione e stampa 3D con fotopolimerizzazione in vasca di microstampi personalizzati per la fabbricazione di microaghi polimerici

Sommario

Questo protocollo dettaglia la progettazione CAD, la fabbricazione master stampata in 3D, la preparazione dello stampo inverso in elastomero e la colata a riempimento singolo per creare patch polimeriche a microago e ottenere la produzione riproducibile di array personalizzabili.

Abstract

Questo protocollo presenta un flusso di lavoro generalizzato e indipendente dall'applicazione per la produzione di patch a microaghi polimerici (MN) utilizzando progettazione assistita da computer (CAD), la produzione master di fotopolimerizzazione in vasca (ad esempio, stereolitografia o trattamento digitale della luce, SLA/DLP), lo stampaggio inverso degli elastomeri e la fusione a riempimento singolo. Il metodo inizia con una CAD parametrica della geometria MN e della disposizione dell'array, includendo una base sottile a patch e un serbatoio integrato per facilitare un'infiltrazione uniforme delle cavità e limitare la formazione di bordo spesso al perimetro della patch. I parametri di stampa 3D vengono selezionati per preservare l'integrità delle micro-feature, seguiti da un breve lavaggio con solvente e un post-indurimento controllato per rimuovere residui e stabilizzare le caratteristiche. Il master stampato in 3D viene poi replicato in un elastomero per ottenere uno stampo inverso flessibile adatto a cicli di colata ripetuti. La colata impiega soluzioni polimeriche che vengono infiltrate nello stampo tramite centrifugazione o vuoto, consentendo un riempimento costante delle cavità su una gamma di geometrie. Le valutazioni rappresentative della qualità includono l'ispezione del master stampato e dello stampo inverso per completezza e difetti della cavità, insieme a controlli dimensionali dell'altezza dell'ago, della larghezza della base e della qualità della punta in più posizioni dell'array. Il flusso di lavoro consente più progetti di modelli MN array ed è facilmente adattato a formulazioni polimeriche alternative regolando solidi in soluzione, viscosità e condizioni di essiccazione, consentendo una rapida, economica e riproducibile fabbricazione di patch polimerici MN adatte alla ricerca e alla prototipazione.

Introduzione

I microaghi (MN) offrono un mezzo pratico per accedere alla pelle, agli occhi o ai tessuti del modello con un minimo fastidio, consentendo un controllo preciso sulla geometria e sulla disposizione degli^array 1,2,3,4. Per la produzione in laboratorio, la replica da un master ad alta fedeltà è efficiente: una volta disponibile un master adatto, le copie soft-litographic possono essere prodotte ripetutamente per selezionare materiali, dimensioni e configurazioni di array con qualità^costante

Protocollo

NOTA: Una panoramica del flusso di lavoro completo dal CAD alla produzione è mostrata nella Figura 1.

1. Progettazione CAD

1. Usa software CAD per progettare il master MN. Definire la cella unitaria MN (ad esempio, conica o piramidale) e impostare le dimensioni per raggiungere obiettivi definiti (ad esempio, altezza 1.000 μm; base 500 μm).
2. Modella l'array (ad esempio, 6 x 6). Scegli l'intonazione per ottenere la distanza desiderata tra aghi (ad esempio, passo 1,1–1,2 mm per mantenere ≥0,5 mm tra gli aghi).
3. Crea una base parametrica ....

Risultati

Il flusso di lavoro produce un progetto CAD parametrico per un array MN, un master stampato in 3D replicato in PDMS per formare uno stampo inverso flessibile, e patch polimeriche MN smoldate prodotte da un singolo riempimento (Figura 1). Poiché tutte le variabili geometriche sono definite parametricamente, lo stesso protocollo può essere regolato in modo flessibile per modificare le dimensioni MN (altezza, base), la forma dell'ago (ad esempio, piramidale, co.......

Discussione

Questo protocollo stabilisce un flusso di lavoro da fotopolimerizzazione da CAD a vasca a PDMS per la fabbricazione di patch polimerici di MN come piattaforma generale non legata a un specifico modello di farmaco o tessuto. All'interno di questo flusso di lavoro, diversi passaggi del processo giocano un ruolo sproporzionato nel determinare la fedeltà dimensionale, la qualità dello stampo e l'integrità della patch finale. I passaggi più critici sono la produzione di un master stampato in .......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Analytical balance (±0,1 mg)	Mettler Toledo		Per pesature precise di polimeri.
Resina fotopolimerica trasparente	Formlabs		Resina utilizzata per stampare il master delle microaghi; scegliere la resina reale utilizzata.
Stampante 3D stereolitografica (SLA) desktop Form 4	Formlabs		Utilizzata per stampare il master delle microaghi; specificare il modello esatto utilizzato.
Alcool isopropilico (IPA), ≥99%	Merck Sigma Aldrich		Utilizzato per lavare le stampe SLA. Infiammabile; utilizzare in cappa aspirante.
Agitatore magnetico / piastra calda	IKA		Per preparare soluzioni polimeriche.
Software per microscopia/analisi delle immagini	ImageJ		Utilizzato per misurare l'altezza dell'ago, la larghezza della base e la resa dai micrografi.
Microscopio ottico o stereomicroscopio	Leica		Per ispezionare l'altezza dell'ago, la larghezza della base e la qualità della punta.
Software CAD parametrico	Autodesk Fusion 360		Utilizzato per la progettazione del master delle microaghi e il layout dell'array parametrico.
Kit elastomerico PDMS (base + agente di indurimento), Sylgard 184	Dow		Utilizzato per fabbricare lo stampo reversibile flessibile.
Alcool polivinilico (PVA)	Merck Sigma Aldrich		Polimero di esempio per sciogliere i cerotti a microaghi (10% p/v nel protocollo).
Software di slicing SLA PreForm	Formlabs		Utilizzato per orientare, supportare e tagliare i file STL per la stampa.
Sodium carboxymethyl cellulose (NaCMC), grado farmaceutico/analitico	Merck Sigma Aldrich		Polimero di esempio per sciogliere i cerotti a microaghi (10% p/v nel protocollo).
Camera di polimerizzazione UV per stampe SLA Form Cure	Formlabs		Per la polimerizzazione post-stampa del master secondo le istruzioni della resina.
Forno a vuoto	Hanyang		Utilizzato per il riempimento assistito da vuoto.
Stazione di lavaggio o contenitore di lavaggio per parti SLA	contenitore personalizzato		Utilizzato con IPA per rimuovere la resina non polimerizzata dal master.