在當(dāng)今醫(yī)療技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，人們對(duì)視網(wǎng)膜血管健康的關(guān)注日益提升，因?yàn)檫@對(duì)保持健康視力非常重要。例如，高血壓性視網(wǎng)膜病、視網(wǎng)膜血管阻塞和糖尿病視網(wǎng)膜病等視網(wǎng)膜血管病變，都可導(dǎo)致視力喪失。而且，視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)的變化更是被證明可以預(yù)測(cè)可能誘發(fā)的多種疾病。因此，準(zhǔn)確地映射視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)已成為眼科診斷的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)。
針對(duì)這一需求，眼科醫(yī)療器械領(lǐng)域開(kāi)發(fā)了多種檢查視網(wǎng)膜血管的技術(shù)，包括眼底相機(jī)、熒光素血管造影(FA)和光學(xué)相干斷層掃描血管成像(OCTA)等。然而，這些技術(shù)的校準(zhǔn)和性能評(píng)估缺乏能夠模擬人眼視網(wǎng)膜關(guān)鍵特性的適當(dāng)模體。因此，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院胡志雄課題組開(kāi)發(fā)了一種基于3D打印模具的軟光刻和旋轉(zhuǎn)涂層技術(shù)，快速、高分辨率且經(jīng)濟(jì)地制造了一個(gè)多血管網(wǎng)絡(luò)和多層結(jié)構(gòu)的微流控視網(wǎng)膜模體。這種視網(wǎng)膜模體不僅具有與人眼相應(yīng)的物理尺寸和適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)屬性，而且已通過(guò)OCTA系統(tǒng)和商用共焦視網(wǎng)膜眼底鏡的測(cè)試，證明了其作為測(cè)試設(shè)備的可行性。
在這項(xiàng)工作中，研究團(tuán)隊(duì)特別設(shè)計(jì)了基于微流控技術(shù)的視網(wǎng)膜模體。該模體包含表層血管復(fù)合體(SVC)和深層血管復(fù)合體(DVC)的多血管網(wǎng)絡(luò)，以及十一層具有不同厚度及散射特性的層狀結(jié)構(gòu)以模擬真實(shí)視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)。每個(gè)血管網(wǎng)絡(luò)分布在不同的視網(wǎng)膜層內(nèi)，并具有不同的血管寬度和血管形態(tài)。這種設(shè)計(jì)模擬了真實(shí)視網(wǎng)膜的復(fù)雜血管系統(tǒng)，能夠?yàn)橐暰W(wǎng)膜成像技術(shù)提供精確的校準(zhǔn)平臺(tái)。
圖1. 血管網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。(a)表層血管復(fù)合體(SVC)的設(shè)計(jì)；(b) 深層血管復(fù)合體(DVC)血管網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。
圖2. 成功脫模的PDMS模體。(a)表層血管復(fù)合體(SVC)模體；（b）深層血管復(fù)合體(DVC)血管網(wǎng)絡(luò)PDMS模體。
圖3. 視網(wǎng)膜模體。(a)培養(yǎng)皿中的視網(wǎng)膜模體；（b）被灌注紅色墨水后的視網(wǎng)膜模體。
為了模擬人眼視網(wǎng)膜的光學(xué)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(jìn)行制作。視網(wǎng)膜模體的設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，對(duì)制作工藝具有較高的要求。傳統(tǒng)的加工方式通常采用基于光刻技術(shù)的硅晶片模具進(jìn)行微流控模體的制作，但基于光刻技術(shù)的硅晶片模體的制作需要特殊的潔凈實(shí)驗(yàn)室、復(fù)雜及昂貴的加工設(shè)備、且需要較長(zhǎng)的制作時(shí)間。所以，該團(tuán)隊(duì)選擇采用摩方精密nanoArch? S140(精度：10μm)3D打印設(shè)備制造出模具后，再對(duì)其進(jìn)行翻模，制造出簡(jiǎn)單、快速且低成本的軟光刻模具。此外，團(tuán)隊(duì)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(fā)劑的殘留而導(dǎo)致的PDMS固化抑制問(wèn)題，完美實(shí)現(xiàn)了高精度復(fù)雜的3D打印模具的層狀結(jié)構(gòu)PDMS模體的脫模。
本研究的結(jié)果表明，基于3D打印制造的視網(wǎng)膜模體可模擬人類視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)特征和血管網(wǎng)絡(luò)以用于OCTA等視網(wǎng)膜血管檢測(cè)設(shè)備的性能評(píng)估。未來(lái)，這種基于3D打印制造微流控模體的技術(shù)有望降低高精度微流控芯片的制造成本，促進(jìn)高精度微流控芯片的廣泛使用。
論文連接：https://doi.org/10.1364/BOE.523115
