첨가제 제조 기술은 자석으로 응답 구성 요소와 히드로 기반 Micromachines의 손쉬운 고 빠른 제작을 위해

이 방법은 자기적으로 작동될 수 있는 움직이는 구성 요소와 통합된 정교한 생체 적합성 하이드로겔 기반 마이크로 장치를 만들기 위한 제조 전략을 보여줍니다. 이 기술의 주요 장점은 FDA가 인간에게 사용하도록 승인한 PET 기반 하이드로겔로 복잡한 장치를 미세 제작하는 빠르고 간단한 방법이라는 것입니다. 그 결과 완전히 생체 적합성 및 이식형 장치가 탄생했습니다.

먼저 수반되는 텍스트 프로토콜을 검토하고 이를 사용하여 PDMS 챔버를 제작하고 함께 제공되는 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 포토마스크를 설계합니다. 다음으로, 2번 유리 커버 슬립의 처리되지 않은 조각을 사용하여 PDMS 챔버의 상단 덮개를 만듭니다. 장치의 0 레벨에서 시작하여 마이크로미터 헤드를 사용하여 하단 기판을 원하는 높이로 내립니다.

하단 기판을 덮기에 충분한 소량의 PEGDA 프리폴리머를 증착한 다음 상단 기판을 PDMS 챔버에 놓습니다. 상단 및 하단 기판 사이에 기포가 갇히지 않도록 하는 것이 중요합니다. 기포는 중합된 하이드로겔에 큰 기공이나 결함이 형성되는 결과를 초래할 수 있습니다.

다음으로, 상단 기판 위에 원하는 디자인의 포토 마스크를 놓습니다. 마스크가 상단 기판과 완전히 접촉하고 기판의 바닥에 정렬되었는지 확인합니다. 보호용 UV 고글에 착용하십시오.

그런 다음 하이드로겔 프리폴리머를 포토마스크를 통해 자외선에 노출시킵니다. UV 노출의 강도와 지속 시간은 시스템 유형과 PEGDA 제형에 따라 다릅니다. 하이드로겔 층이 중합된 후 PDMS 챔버에서 상단 기판을 들어 올립니다.

중합 된 층은 상단 기판에 접착되어야합니다. 이 중합층을 과량의 비가교결합 프리폴리머로 적시고 빛을 피하고 층이 건조되고 균열되는 것을 방지하기 위해 보관하십시오. 나중에 조립된 장치를 밀봉하는 데 사용할 수 있도록 보관하십시오.

하단 지지 구조를 만들려면 먼저 PDMS 코팅된 유리 커버 슬립을 PDMS 챔버의 상단 기판으로 사용합니다. 하단 기판에 더 많은 하이드로겔 프리폴리머를 증착하고 PDMS 코팅된 유리 커버 슬립으로 PDMS 웰을 덮습니다. 이는 중합된 층이 하단 기판에 남아 사용자가 위쪽으로 층을 구축할 수 있도록 하기 위한 것입니다.

샘플 위에 포토마스크를 놓고 적절하게 정렬하도록 주의합니다. 그런 다음 샘플을 다시 자외선에 노출시킵니다. 노출 후 상단 기판을 제거하고 PEGDA 프리폴리머를 더 추가한 다음 마이크로미터 헤드를 사용하여 하단 기판을 원하는 수준으로 낮춥니다.

이 수준은 중합될 하이드로겔의 두 번째 층의 두께와 일치해야 합니다. 이 시점에서 PDMS 코팅된 유리 상단 기판으로 웰을 다시 덮고 포토마스크를 적절하게 정렬합니다. 그런 다음 샘플을 자외선에 노출시킵니다.

원하는 수의 하이드로겔 층을 구축하기 위해 필요한 만큼 이 과정을 반복합니다. 장치를 조립하고 밀봉하려면 먼저 상단 PDMS 코팅 커버 유리를 제거하고 핀셋을 사용하여 기어 및 철 도핑 구성 요소를 포함하여 미리 형성된 하이드로겔 구성 요소를 지지 구조물에 놓습니다. 장치를 밀봉하려면 먼저 마이크로미터 나사 게이지를 사용하여 하단 기판을 조립된 장치의 최종 원하는 높이로 가져옵니다.

이것은 층의 두께, 내부 구성 요소 및 이동 구성 요소를 위해 제공된 간격을 고려하여 장치의 최종 높이여야 합니다. 다음으로, 처리되지 않은 유리 커버 슬립에 부착된 미리 형성된 하이드로겔 층을 부분적으로 조립된 장치 위에 놓습니다. 미리 형성된 레이어를 조심스럽게 배치하여 그 아래의 구조에 올바르게 정렬되도록 합니다.

그런 다음 장치의 천장을 허용하지만 내부 이동 구성 요소를 UV 노출로부터 보호하는 포토마스크를 놓습니다. 장치의 천장을 청소할 때는 움직이는 구성 요소가 UV 광선에 노출되지 않도록 장치가 밀봉되도록 포토 마스크의 적절한 정렬을 보장하는 것이 중요합니다. 이것은 움직이는 구성 요소가 지지 구조물에 중합되는 것을 방지합니다.

적절하게 정렬되면 전체 구조를 자외선에 노출시킵니다. 제작 단계에서 유리 커버 슬립을 들어 올립니다. 밀봉된 장치는 상단 기판에 부착되어야 합니다.

장치가 하단 기판에 계속 부착되어 있으면 끝이 평평한 핀셋으로 장치를 조심스럽게 들어 올립니다. 진공 흡입을 사용하여 중합되지 않은 과도한 PEGDA를 조심스럽게 제거합니다. 그런 다음 한 쌍의 평평한 핀셋을 사용하여 유리 커버 슬립에서 장치를 조심스럽게 들어 올립니다.

장치와 내부 구성 요소의 안정화 및 팽창을 위해 장치를 식염수 또는 DI 물에 최소 30분 동안 놓으십시오. 장치를 작동시키려면 장치에서 1-2cm 이내의 장치 아래 또는 위에 네오디뮴 자석을 놓습니다. 자석을 움직이는 동안 산화철이 도핑된 성분의 움직임은 자석의 움직임을 가리게 됩니다.

이 기능적인 단일 기어 장치는 15분 이내에 제작되었습니다. 이 장치는 자석으로 작동될 수 있으며 그림 7B는 자석으로 작동될 때 산화철 세그먼트의 다양한 위치를 보여줍니다. 이 전략은 다양한 유형의 하이드로겔 기반 마이크로 장치를 만드는 데 사용할 수 있습니다.

예를 들어, 다음은 단일 저장소에서 약물의 방출을 제어하는 간단한 게이트 밸브입니다. 산화철이 도핑된 하이드로겔 성분의 선형 운동은 배출구를 통해 가상의 약물이 확산되는 것을 막습니다. 그리고 여기서, 게이트 선형 매니폴드는 여러 저장소에서 약물의 방출을 제어합니다.

각 저장소에는 가상의 약물이 포함되어 있으며 산화철 도핑 성분 블록의 이동은 이러한 약물이 외부로 확산될 수 있도록 하는 하이드로겔 창을 통해 이러한 저장소에서 약물이 이동하는 것을 막습니다. 또한 Geneva 드라이브를 기반으로 한 정교한 설계로 인해 간헐적인 움직임이 발생할 수 있습니다. 핀이 있는 구동 기어는 더 큰 구동 기어와 맞물려 구동 기어가 완전히 회전할 때마다 기어에 의해 60도 회전을 생성할 수 있습니다.

이 제조 전략은 다양한 유형의 하이드로겔 기반 장치를 만들기 위한 다목적 방법입니다. PEG 기반 장치를 만드는 데 사용하는 것이 입증되었지만 이 전략은 모든 유형의 광중합 하이드로겔에 사용할 수 있습니다. 이 기술은 우리가 차세대 이식형 장치라고 생각하는 것, 즉 온보드 전원 없이 자기로 제어하고 작동할 수 있는 정교하고 완전히 생체 적합성 장치를 만듭니다.