Um aditivo fabricação técnica para a preparação fácil e rápida de Micromachines baseada em hidrogel com componentes magneticamente responsivos

Este método demonstra uma estratégia de fabricação para a criação de microdispositivos sofisticados e biocompatíveis à base de hidrogel, que são incorporados com componentes móveis que podem ser acionados magneticamente. A principal vantagem dessa técnica é que ela é um método rápido e simples para microfabricar dispositivos complexos a partir de hidrogéis à base de PET, aprovados pela FDA para uso em humanos. Isso resulta em um dispositivo totalmente biocompatível e implantável.

Para começar, revise o protocolo de texto que acompanha e use-o para fabricar a câmara PDMS e projetar as fotomáscaras conforme descrito no protocolo de texto que acompanha. Em seguida, crie a tampa superior da câmara PDMS usando um pedaço não tratado de uma lamínula de vidro número dois. Partindo do nível zero do dispositivo, abaixe o substrato inferior usando a cabeça do micrômetro até a altura desejada.

Depositar um pequeno volume do pré-polímero PEGDA suficiente para cobrir o substrato inferior e, em seguida, colocar o substrato superior na câmara PDMS. É importante garantir que não haja bolhas de ar presas entre os substratos superior e inferior. Bolhas de ar resultarão em grandes poros ou defeitos no hidrogel polimerizado.

Em seguida, coloque uma fotomáscara com o desenho desejado em cima do substrato superior. Certifique-se de que a máscara esteja em contato total com o substrato superior e alinhe com a parte inferior do substrato. Coloque em óculos de proteção UV.

Em seguida, exponha o pré-polímero de hidrogel à luz UV através da fotomáscara. A potência e a duração da exposição aos raios UV dependem do tipo de sistema e da formulação do PEGDA. Após a polimerização da camada de hidrogel, levante o substrato superior da câmara PDMS.

As camadas polimerizadas devem ser aderidas ao substrato superior. Molhe esta camada polimerizada com excesso de pré-polímero não reticulado e guarde-a longe da luz e para evitar que a camada seque e rache. Guarde-o para uso posterior para selar o dispositivo montado.

Para criar as estruturas de suporte inferiores, comece pegando uma lamínula de vidro revestida com PDMS e use-a como substrato superior da câmara PDMS. Deposite mais pré-polímero de hidrogel no substrato inferior e cubra bem o PDMS com a lamínula de vidro revestida com PDMS. Isso é para garantir que as camadas polimerizadas permaneçam no substrato inferior, permitindo que o usuário construa camadas para cima.

Coloque uma fotomáscara em cima da amostra, tomando cuidado para alinhá-la corretamente. Em seguida, exponha novamente a amostra à luz ultravioleta. Após a exposição, remova o substrato superior, adicione mais pré-polímero PEGDA e abaixe o substrato inferior usando a cabeça do micrômetro até o nível desejado.

Este nível deve corresponder à espessura da segunda camada de hidrogel a ser polimerizada. Neste ponto, cubra o poço novamente com o substrato de vidro revestido com PDMS e alinhe adequadamente a fotomáscara. Em seguida, exponha a amostra à luz ultravioleta.

Repita este processo quantas vezes forem necessárias para acumular o número desejado de camadas de hidrogel. Para montar e vedar o dispositivo, primeiro remova a tampa de vidro revestida com PDMS superior e, usando uma pinça, coloque os componentes de hidrogel pré-formados, incluindo engrenagens e componentes dopados com ferro, nas estruturas de suporte. Para selar o dispositivo, primeiro leve o substrato inferior à altura final desejada do dispositivo montado usando o medidor de parafuso do micrômetro.

Esta deve ser a altura final do dispositivo, levando em consideração a espessura das camadas, componentes internos e quaisquer folgas fornecidas para componentes móveis. Em seguida, coloque a camada de hidrogel pré-formada, aderida à lamínula de vidro não tratada, sobre o dispositivo parcialmente montado. Coloque cuidadosamente a camada pré-formada de forma que fique corretamente alinhada às estruturas abaixo dela.

Em seguida, coloque uma fotomáscara que permita o teto do dispositivo, mas proteja os componentes internos em movimento da exposição aos raios UV. Fazendo o teto do dispositivo, é importante garantir o alinhamento adequado da fotomáscara para que o dispositivo seja selado, evitando a exposição dos componentes móveis às luzes UV. Isso evita que os componentes móveis sejam polimerizados nas estruturas de suporte.

Uma vez devidamente alinhada, exponha toda a estrutura à luz ultravioleta. Levante a lamínula de cobertura de vidro do estágio de fabricação. O dispositivo selado deve aderir ao substrato superior.

Se o dispositivo permanecer aderido ao substrato inferior, levante-o cuidadosamente com uma pinça de ponta chata. Remova cuidadosamente qualquer excesso de PEGDA não polimerizado usando sucção a vácuo. Em seguida, usando uma pinça plana, levante cuidadosamente o dispositivo da lamínula de vidro.

Coloque o dispositivo em solução salina ou água DI por pelo menos 30 minutos para permitir a estabilização e expansão do dispositivo e dos componentes internos. Para acionar o dispositivo, coloque um ímã de neodímio abaixo ou acima do dispositivo a um a dois centímetros do dispositivo. Ao mover o ímã, o movimento dos componentes dopados com óxido de ferro sombreará o movimento do ímã.

Este dispositivo funcional de engrenagem única foi fabricado em menos de 15 minutos. O dispositivo pode ser acionado com um ímã e a figura 7B mostra as diferentes posições do segmento de óxido de ferro quando é acionado com um ímã. Essa estratégia pode ser usada para criar vários tipos diferentes de microdispositivos baseados em hidrogel.

Por exemplo, aqui está uma válvula de gaveta simples que controla a liberação de drogas de um único reservatório. O movimento linear do componente de hidrogel dopado com óxido de ferro bloqueia a difusão de uma droga hipotética através de uma saída. E aqui, um coletor linear fechado controla a liberação de drogas de vários reservatórios.

Cada reservatório contém drogas hipotéticas e o movimento do componente dopado com óxido de ferro bloqueia o movimento de drogas para fora desses reservatórios através de uma janela de hidrogel que permite a difusão dessas drogas para fora do exterior. Além disso, um design sofisticado baseado na unidade Geneva pode produzir movimento intermitente. Uma engrenagem motriz com o pino é capaz de engatar uma engrenagem motriz maior e produzir uma rotação de 60 graus pela engrenagem para cada rotação completa da engrenagem motriz.

Essa estratégia de fabricação é um método versátil para criar vários tipos de dispositivos baseados em hidrogel. Embora tenhamos demonstrado seu uso na criação de dispositivos baseados em PEG, essa estratégia pode ser usada para qualquer tipo de hidrogel fotopolimerizável. Essa técnica cria o que acreditamos ser a próxima geração de dispositivos implantáveis: dispositivos sofisticados e totalmente biocompatíveis que podem ser controlados e acionados magneticamente sem a necessidade de uma fonte de energia integrada.