Laserowe drukowanie 3D używane do produkcji drobnych mikrostruktur do naprawy tkanek

Dotychczasowe techniki mikroprzetwarzania oparte na laserze wykorzystują fotopolimeryzację dwufotonową - nieliniowe zjawisko optyczne - do selektywnego utwardzania objętości znajdującej się głęboko w płynnym materiale światłoczułym. Jednak nie są to najprostsze metody w zastosowaniach biomedycznych, ponieważ proces wymaga nieporęcznych systemów optycznych i złożonych (czytaj: drogich) laserów, które emitują bardzo krótkie impulsy, aby dostarczyć światło. Tak więc naukowcy doszli do wniosku, że mogą uprościć konfigurację systemu.

"Nasza grupa ma doświadczenie w manipulowaniu i kształtowaniu światła za pomocą światłowodów, co doprowadziło nas do przekonania, że ​​mikrostruktury mogą być drukowane za pomocą kompaktowego systemu. Ponadto, aby uczynić system bardziej dostępnym, wykorzystaliśmy fotopolimer z nieliniową odpowiedzią na dawkę. Może to działać z prostym laserem o fali ciągłej, więc drogie lasery impulsowe nie były wymagane "- wyjaśnił kierownik zespołu badawczego Paul Delrot z EPFL.

" Dalszy rozwój naszej techniki umożliwiłby endoskopowe narzędzia do mikromodyfikacji, które byłyby cenny podczas operacji. Narzędzia te można wykorzystać do drukowania struktur 3D w skali mikro lub nano, które ułatwiają adhezję i wzrost komórek w celu stworzenia inżynierii tkankowej, która przywraca uszkodzone tkanki. "

Naukowcy zanurzyli koniec cienkiego światłowodu w fotopolimer i utwardził go, wykorzystując światłowód do cyfrowego ogniskowania i dostarczając światło lasera punkt po punkcie do cieczy w celu zbudowania mikrostruktur 3D. Korzystając ze zjawiska chemicznego, w którym zestalenie odbywa się powyżej pewnego progu natężenia światła, zespół selektywnie utwardził ustaloną objętość materiału za pomocą niedrogiego lasera o niskiej mocy, który emituje światło w sposób ciągły, zamiast tylko krótkich impulsów.

Prekursor organicznego polimeru, domieszkowany fotoinicjatorem wykonanym z gotowych składników chemicznych, został użyty do wytworzenia mikrostruktur zarówno w stanie stałym, jak i pustych. Zespół skupił się na emitowaniu światła ciągłego laserem o bezpiecznej długości 488 nanometrów przez ultracienkie włókno optyczne - było tak małe, że mieściło się w strzykawce. Następnie, po wykonaniu etapu kalibracji, pozwalając im na cyfrową ostrość i skanowanie światła przez włókno bez jego przesuwania, naukowcy wykorzystali kształtowanie fali w celu skupienia światła laserowego wewnątrz fotopolimeru, tak że tylko mały punkt 3D został wyleczony.

Delrot powiedział: "W porównaniu z nowoczesnymi systemami fotopolimeryzacji dwufotonowej nasze urządzenie ma grubszą rozdzielczość drukowania, jednak jest potencjalnie wystarczającedo badania interakcji komórkowych i nie wymaga dużych systemów optycznych ani drogich laserów impulsowych. Ponieważ nasze podejście nie wymaga złożonych komponentów optycznych, można go dostosować do aktualnych systemów endoskopowych. "

" Nasze prace pokazują, że mikroukład 3D można uzyskać za pomocą technik innych niż nastawianie femtosekundy o dużej mocy laser pulsacyjny. Używanie mniej skomplikowanych laserów lub źródeł światła sprawi, że dodatkowa produkcja stanie się bardziej dostępna i stworzy nowe możliwości zastosowań, takich jak ta, którą zademonstrowaliśmy - powiedział Delrot.

Ponieważ to nowe, kompaktowe narzędzie do mikromodyfikowania może drukować delikatne szczegóły na 3D Większe części można nawet dodać do istniejących dostępnych na rynku drukarek 3D.

Delrot powiedział: "Używając jednej głowicy drukarki o niskiej rozdzielczości dla części masowych i naszego urządzenia jako drugorzędnej głowicy drukarki do grzywny szczegóły można uzyskać dzięki wytwarzaniu dodatków o wielu rozdzielczościach. "