Производство техники для снисходительный и быстрого изготовления на основе гидрогеля микромашин с магнитным реагировать компоненты добавки

Этот метод демонстрирует стратегию изготовления сложных, биосовместимых микроустройств на основе гидрогеля, которые объединены с движущимися компонентами, которые могут приводиться в действие магнитом. Основное преимущество этой технологии заключается в том, что это быстрый и простой метод микроизготовления сложных устройств из гидрогелей на основе ПЭТ, которые одобрены FDA для использования у людей. В результате получается полностью биосовместимое и имплантируемое устройство.

Для начала ознакомьтесь с сопроводительным текстовым протоколом и используйте его для изготовления камеры PDMS и проектирования фотошаблонов, как описано в сопроводительном текстовом протоколе. Далее создайте верхнюю крышку для камеры PDMS с помощью необработанного куска стекла номер два. Отталкиваясь от нулевого уровня прибора, опустите нижнюю подложку с помощью микрометрической головки на нужную высоту.

Нанесите небольшой объем преполимера PEGDA, достаточный для покрытия нижней подложки, а затем поместите верхнюю подложку на камеру PDMS. Важно следить за тем, чтобы между верхней и нижней подложками не было пузырьков воздуха. Пузырьки воздуха приведут к образованию больших пор или дефектов в полимеризованном гидрогеле.

Далее поместите фотошаблон с нужным дизайном поверх верхней подложки. Убедитесь, что маска полностью соприкасается с верхней подложкой, и выровняйте ее по нижней части подложки. Наденьте защитные УФ-очки.

Затем подвергните гидрогелевый преполимер воздействию ультрафиолетового излучения через фотошаблон. Мощность и продолжительность воздействия УФ-излучения зависит от типа системы и рецептуры PEGDA. После того, как слой гидрогеля полимеризуется, снимите верхнюю подложку с камеры PDMS.

Полимеризованные слои должны быть приклеены к верхней подложке. Смочите этот полимеризованный слой излишком, несшитым преполимером и храните его вдали от света, чтобы предотвратить высыхание и растрескивание слоя. Сохраните его для использования в дальнейшем, чтобы запечатать собранное устройство.

Чтобы создать нижнюю опорную конструкцию, начните с того, что возьмите стеклозащитный лист с покрытием PDMS и используйте его в качестве верхней подложки камеры PDMS. Нанесите больше гидрогелевого преполимера на нижнюю подложку и хорошо накройте PDMS стеклянной защитной крышкой с покрытием PDMS. Это необходимо для того, чтобы полимеризованные слои оставались на нижней подложке, позволяя пользователю наращивать слои вверх.

Поместите фотошаблон поверх образца, стараясь правильно его выровнять. Затем снова подвергните образец воздействию ультрафиолетового света. После экспонирования удалите верхнюю подложку, добавьте еще преполимера PEGDA и опустите нижнюю подложку с помощью микрометрической головки до нужного уровня.

Этот уровень должен соответствовать толщине второго слоя полимеризуемого гидрогеля. На этом этапе снова накройте лунку стеклянной верхней подложкой с покрытием PDMS и правильно выровняйте фотошаблон. Затем подвергните образец воздействию ультрафиолетового света.

Повторяйте этот процесс столько раз, сколько необходимо, чтобы нарастить нужное количество слоев гидрогеля. Чтобы собрать и запечатать устройство, сначала снимите верхнее защитное стекло с покрытием PDMS и с помощью пинцета поместите предварительно сформированные гидрогелевые компоненты, включая шестерни и компоненты, легированные железом, на опорные конструкции. Чтобы герметизировать устройство, сначала доведите нижнюю подложку до конечной нужной высоты собранного устройства с помощью микрометрового винтового калибра.

Это должна быть конечная высота устройства с учетом толщины слоев, внутренних компонентов и любых зазоров, заданных для движущихся компонентов. Далее поместите предварительно сформированный слой гидрогеля, наклеенный на необработанное стеклозащитное стекло, на частично собранное устройство. Аккуратно разместите предварительно сформированный слой таким образом, чтобы он был правильно выровнен по конструкциям под ним.

Затем поместите фотошаблон, который позволяет разместить потолок устройства, но защищает внутренние движущиеся компоненты от воздействия ультрафиолета. Делая потолок устройства, важно обеспечить правильную юстировку фотошаблона, чтобы устройство было герметичным, при этом не допуская воздействия ультрафиолетовых лучей на движущиеся компоненты. Это предотвращает полимеризацию движущихся компонентов на несущих конструкциях.

После правильного выравнивания подвергните всю конструкцию воздействию ультрафиолетового света. Поднимите стеклозащитный колышек со стадии изготовления. Герметичное устройство должно прилипать к верхней подложке.

Если прибор остался прилипшим к нижней подложке, осторожно приподнимите прибор с помощью пинцета с плоским наконечником. Осторожно удалите излишки неполимеризованной PEGDA с помощью вакуумной аспирации. Затем с помощью плоского пинцета осторожно оторвите устройство от стекла крышки.

Поместите устройство в солевой раствор или деионизионную воду не менее чем на 30 минут, чтобы обеспечить стабилизацию и расширение устройства и внутренних компонентов. Чтобы привести устройство в действие, поместите неодимовый магнит ниже или выше устройства в пределах одного-двух сантиметров от устройства. При движении магнита движение компонентов, легированных оксидом железа, будет затенять движение магнита.

Это функциональное однозубчатое устройство было изготовлено менее чем за 15 минут. Устройство может приводиться в действие с помощью магнита, и на рисунке 7B показаны различные положения сегмента оксида железа при приведении его в действие магнитом. Эта стратегия может быть использована для создания различных типов микроустройств на основе гидрогеля.

Например, вот простая задвижка, которая контролирует высвобождение лекарств из одного резервуара. Линейное движение гидрогелевого компонента, легированного оксидом железа, препятствует диффузии гипотетического препарата через выпускное отверстие. И здесь закрытый линейный коллектор контролирует выброс лекарств из нескольких водоемов.

Каждый резервуар содержит гипотетические препараты, и движение компонента, легированного оксидом железа, препятствует выходу лекарств из этих резервуаров через окно гидрогеля, которое позволяет диффузии этих препаратов наружу. Кроме того, сложная конструкция, основанная на приводе Geneva, может производить прерывистый механизм. Приводная шестерня со штифтом способна зацепляться с более крупной ведомой шестерней и производить вращение шестерни на 60 градусов при каждом полном обороте ведущей шестерни.

Такая стратегия изготовления является универсальным методом для создания различных типов устройств на основе гидрогеля. Несмотря на то, что мы продемонстрировали его использование при создании устройств на основе ПЭГ, эта стратегия может быть использована для любого типа фотополимеризуемого гидрогеля. Этот метод создает то, что мы считаем следующим поколением имплантируемых устройств: сложные, полностью биосовместимые устройства, которые могут управляться магнитом и приводиться в действие без необходимости использования встроенного источника питания.