自分の

Jun 01, 2023

Nature Communications volume 13、記事番号: 5083 (2022) この記事を引用

6467 アクセス

7 引用

13 オルトメトリック

メトリクスの詳細

マイクロチャネルは、動物、植物、およびソフトロボティクス、ウェアラブルセンサー、チップ上の臓器などのさまざまな人工デバイスに不可欠な要素です。 しかし、複雑な形状と高アスペクト比を備えた三次元（3D）マイクロチャネルは、本質的には広く普及しているにもかかわらず、ソフトリソグラフィー、テンプレート溶解、マトリックス膨潤プロセスなどの従来の方法で生成するのが依然として困難です。 ここでは、複雑な三次元構造、長さ、直径が小さいモノリシックマイクロチャネルを製造できる、シンプルで無溶剤の作製方法を提案します。 ソフトテンプレートと剥離が支配的なテンプレート除去プロセスが離型プロセスに導入されます。これをここではソフト離型と呼びます。 熱延伸技術と組み合わせることで、小さな直径 (10 µm)、高いアスペクト比 (長さ対直径の比 6000)、複雑な 3D 形状のマイクロチャネルが生成されます。 私たちは、ソフト ロボティクス、ウェアラブル センサー、ソフト アンテナ、人工血管などの複数のシナリオにおけるこのテクノロジーの広範な適用可能性と重大な影響を実証します。

天然の微小スケールの血管は、栄養素の輸送と副産物の除去に重要であるため、動植物に遍在して存在します1、2、3。 ここ数十年、人工的な対応物であるマイクロチャネルは、創薬4、生物医学研究4,5、化学分析6、そして最近ではソフトロボティクス7,8など、さまざまな分野や文脈において最も急速に出現し、広く普及している技術の1つです。 、9、ウェアラブルセンサー10、11、人工血管5、12、13。 たとえば、高アスペクト比のチャネルは、ソフトアクチュエータに優れた絡み合いを与えて掴み9,14、複雑な3D光学レースは求心性感覚神経ネットワークを模倣することができました15。 3D 形状を備えた高アスペクト比のマイクロチャネルは、粒子選別効率 16 と肺胞機能の再現 17 を向上させるために重要です。 ただし、天然の微小血管と比較すると、トポロジカルな複雑さとサイズのため、人工マイクロチャネルの作成は依然として困難です。 研究者は、極薄のチャネルまたは複雑な 3D 構造のいずれかしか達成していません 16,18 が、自然界では、直径、形状、および 3D 構造が大幅に異なる絡み合った血管が生成されます。

広く受け入れられているソフト リソグラフィー技術は、断面形状 (長方形) と空間構造 (2 次元 (2D) パターンのみ) の制限、集中的な労働力、高価な製造装置という問題があり、モノリシック構造を生成することができません 6,19。 積層造形17、20、21、マトリックス膨潤16、22、23、24、テンプレート溶解12、13、16、18、25、26、27などの新興手法では、極細で長い（高アスペクト比）マイクロチャネルを生成することはほとんどできません。 、高効率の複雑な形状。 積層造形では、複雑なトポロジー幾何学形状の 3D マイクロチャネルを生成できますが、フィーチャー サイズと表面粗さは製造プロセスによって制限されます 17,20。 マトリックス膨潤法では、テンプレートを離型するためにマトリックスの膨潤および膨潤プロセスが必要ですが、これによりマトリックスの座屈や溶媒残留が発生します28。 複雑で極薄のマイクロチャネルはテンプレート溶解法によって製造できますが、チャネルがわずか数十マイクロメートルの場合、毛細管効果により溶解と排出が困難になります18、29。 液体テンプレート 30 やレーザー加工技術 31 を使用するなどの他の方法では、3D 形状やスムーズなチャネル生成に限界があります。 さらに、3D マイクロチャネルの組み立ては、テンプレートの固定と取り外しのプロセスにより困難です。 現在の製造方法のほとんどは、非毒性で生体適合性の要素を厳密に必要とする生物学的用途には不適切です 18,22。 したがって、複雑な 3D 構造の、無毒で細長いモノリシック マイクロチャネルを生成する新しい技術は、マイクロチャネルが不可欠な広範な用途に革命をもたらすと期待されています。