在當今醫療技術迅速發展的背景下，人們對視網膜血管健康的關注日益提升，因為這對保持健康視力非常重要。例如，高血壓性視網膜病、視網膜血管阻塞和糖尿病視網膜病等視網膜血管病變，都可導致視力喪失。而且，視網膜血管系統的變化更是被證明可以預測可能誘發的多種疾病。因此，準確地映射視網膜血管系統已成為眼科診斷的一個關鍵目標。
針對這一需求，眼科醫療器械領域開發了多種檢查視網膜血管的技術，包括眼底相機、熒光素血管造影(FA)和光學相干斷層掃描血管成像(OCTA)等。然而，這些技術的校準和性能評估缺乏能夠模擬人眼視網膜關鍵特性的適當模體。因此，中國計量科學研究院胡志雄課題組開發了一種基于3D打印模具的軟光刻和旋轉涂層技術，快速、高分辨率且經濟地制造了一個多血管網絡和多層結構的微流控視網膜模體。這種視網膜模體不僅具有與人眼相應的物理尺寸和適當的光學屬性，而且已通過OCTA系統和商用共焦視網膜眼底鏡的測試，證明了其作為測試設備的可行性。
在這項工作中，研究團隊特別設計了基于微流控技術的視網膜模體。該模體包含表層血管復合體(SVC)和深層血管復合體(DVC)的多血管網絡，以及十一層具有不同厚度及散射特性的層狀結構以模擬真實視網膜的結構。每個血管網絡分布在不同的視網膜層內，并具有不同的血管寬度和血管形態。這種設計模擬了真實視網膜的復雜血管系統，能夠為視網膜成像技術提供精確的校準平臺。
圖1. 血管網絡的設計。(a)表層血管復合體(SVC)的設計；(b) 深層血管復合體(DVC)血管網絡的設計。
圖2. 成功脫模的PDMS模體。(a)表層血管復合體(SVC)模體；（b）深層血管復合體(DVC)血管網絡PDMS模體。
圖3. 視網膜模體。(a)培養皿中的視網膜模體；（b）被灌注紅色墨水后的視網膜模體。
為了模擬人眼視網膜的光學特性，該模體采用不同濃度二氧化鈦納米粉末的聚二甲基硅氧烷（PDMS）為原材料進行制作。視網膜模體的設計十分復雜，對制作工藝具有較高的要求。傳統的加工方式通常采用基于光刻技術的硅晶片模具進行微流控模體的制作，但基于光刻技術的硅晶片模體的制作需要特殊的潔凈實驗室、復雜及昂貴的加工設備、且需要較長的制作時間。所以，該團隊選擇采用摩方精密nanoArch? S140(精度：10μm)3D打印設備制造出模具后，再對其進行翻模，制造出簡單、快速且低成本的軟光刻模具。此外，團隊還采用了特定的后處理方法，有效避免了由于3D打印模具中磷酸鹽基光引發劑的殘留而導致的PDMS固化抑制問題，完美實現了高精度復雜的3D打印模具的層狀結構PDMS模體的脫模。
本研究的結果表明，基于3D打印制造的視網膜模體可模擬人類視網膜的結構特征和血管網絡以用于OCTA等視網膜血管檢測設備的性能評估。未來，這種基于3D打印制造微流控模體的技術有望降低高精度微流控芯片的制造成本，促進高精度微流控芯片的廣泛使用。
論文連接：https://doi.org/10.1364/BOE.523115
