ハイドロゲルを用いたマイクロ磁気応答性の高いコンポーネントとの容易な迅速な製造のための製造技術の添加剤

この方法は、磁気的に作動させることができる可動コンポーネントが組み込まれた、洗練された生体適合性のあるハイドロゲルベースのマイクロデバイスを作成するための製造戦略を示しています。この技術の主な利点は、FDAがヒトでの使用を承認しているPETベースのハイドロゲルから複雑なデバイスを微細加工するための迅速かつ簡単な方法であることです。これにより、完全に生体適合性があり、埋め込み型のデバイスが実現します。

まず、付属のテキストプロトコルを確認し、それを使用してPDMSチャンバーを作製し、付属のテキストプロトコルで説明されているようにフォトマスクを設計します。次に、PDMSチャンバーの上蓋を、2番のガラスカバースリップの未処理のピースを使用して作成します。デバイスのゼロレベルから始めて、マイクロメータヘッドを使用して底面基板を目的の高さまで下げます。

下部の基板を覆うのに十分な量のPEGDAプレポリマーを堆積させ、上部の基板をPDMSチャンバーに置きます。上部と下部の基板の間に気泡が溜まっていないことを確認することが重要です。気泡は、重合したヒドロゲルに大きな細孔または欠陥を形成する結果となります。

次に、目的のデザインのフォトマスクを上部の基板の上に置きます。マスクが上部基板と完全に接触し、基板の下部に位置合わせされていることを確認します。保護用のUVゴーグルを装着します。

次に、フォトマスクを介してヒドロゲルプレポリマーをUV光にさらします。UV露光の検出力と持続時間は、システムのタイプとPEGDAの配合によって異なります。ヒドロゲル層が重合された後、上部基質をPDMSチャンバーから持ち上げます。

重合層は、上部基板上に接着する必要があります。この重合層を架橋されていない過剰なプレポリマーで濡らし、光を避けて保管し、層の乾燥や亀裂を防ぎます。組み立てたデバイスを密封するために後で使用するために保存してください。

底部支持構造を作成するには、まずPDMSコーティングされたガラスカバースリップを取り、それをPDMSチャンバーの上部基板として使用します。下部基板にさらにヒドロゲルプレポリマーを堆積させ、PDMSコーティングされたガラスカバースリップでPDMSをしっかりと覆います。これは、重合層が下部基板上に留まるようにするためで、ユーザーは上向きに層を構築できます。

サンプルの上にフォトマスクを置き、適切に位置合わせするように注意してください。その後、再びサンプルをUV光にさらします。露光後、上部基板を取り外し、PEGDAプレポリマーをさらに追加し、マイクロメータヘッドを使用して下部基板を目的のレベルまで下げます。

このレベルは、重合するヒドロゲルの2番目の層の厚さに対応する必要があります。この時点で、PDMSコーティングされたガラストップ基板でウェルを再度覆い、フォトマスクを適切に位置合わせします。次に、サンプルをUV光にさらします。

このプロセスを必要な回数だけ繰り返して、必要な数のヒドロゲル層を構築します。デバイスを組み立ててシールするには、まず上部PDMSコーティングされたカバーガラスを取り外し、ピンセットを使用して、ギアや鉄ドープ部品などの予備成形されたハイドロゲル部品を支持構造に配置します。デバイスをシールするには、まず、マイクロメータのスクリューゲージを使用して、組み立てたデバイスの最終的な目的の高さに底面の基板を持たせます。

これは、レイヤーの厚さ、内部コンポーネント、および可動コンポーネントに与えられたクリアランスを考慮に入れた、デバイスの最終的な高さである必要があります。次に、未処理のガラスカバースリップに接着した予め形成されたヒドロゲル層を、部分的に組み立てられたデバイスに配置します。事前に形成されたレイヤーを、その下の構造に正しく位置合わせされるように慎重に配置します。

次に、デバイスの天井を確保しながら、内部の可動部品を紫外線から保護するフォトマスクを配置します。デバイスの天井では、可動部品がUVライトにさらされるのを避けながら、デバイスが密閉されるようにフォトマスクの適切な位置合わせを確保することが重要です。これにより、可動成分が支持構造に重合するのを防ぎます。

適切に位置合わせされたら、構造全体をUV光にさらします。ガラスカバースリップを製造段階から持ち上げます。密封されたデバイスは、上部の基板に接着する必要があります。

デバイスが底面の基板に接着されたままの場合は、先端が平らなピンセットでデバイスを慎重に持ち上げます。余分な未重合PEGdaを真空吸引で慎重に取り除きます。次に、平らなピンセットを使用して、デバイスをガラスカバースリップから慎重に持ち上げます。

デバイスを生理食塩水またはDI水に少なくとも30分間置いて、デバイスと内部コンポーネントの安定化と膨張を可能にします。デバイスを作動させるには、ネオジム磁石をデバイスの下または上、デバイスから1〜2センチメートル以内に配置します。磁石を動かしている間、酸化鉄をドープした部品の動きは磁石の動きを影にします。

この機能的なシングルギアデバイスは、15分未満で製造されました。このデバイスは磁石で作動させることができ、図7Bは、磁石で作動したときの酸化鉄セグメントの異なる位置を示しています。この戦略は、さまざまなタイプのハイドロゲルベースのマイクロデバイスを作成するために使用できます。

たとえば、これは、単一のリザーバーからの薬物の放出を制御する単純なゲートバルブです。酸化鉄をドープしたヒドロゲル成分の直線運動は、出口からの仮想薬物の拡散をゲートします。そしてここでは、ゲート付き線形マニホールドが複数のリザーバーからの薬物の放出を制御します。

各リザーバーには仮想の薬物が含まれており、酸化鉄をドープした成分の動きは、これらの薬物の外部からの拡散を可能にするヒドロゲルの窓を介してこれらのリザーバーからの薬物の移動をゲートします。さらに、ジュネーブドライブに基づく洗練されたデザインは、断続的な動きを生み出すことができます。ピン付きの駆動ギアは、より大きな駆動ギアと噛み合い、駆動ギアの全回転ごとにギアによって60度の回転を生成することができます。

この製造方法は、さまざまなタイプのハイドロゲルベースのデバイスを作成するための汎用性の高い方法です。PEGベースのデバイスの作成でその使用が実証されていますが、この戦略はあらゆるタイプの光重合性ヒドロゲルに使用できます。この技術は、次世代の埋め込み型デバイスであると信じているものを生み出します:オンボード電源を必要とせずに磁気的に制御および作動できる、洗練された完全に生体適合性のあるデバイス。