Прогрес у біомедичному застосуванні фемтосекундної лазерної технології обробки в Науково-технічному університеті Китаю (USTC)

Метою тканинної інженерії є конструювання тканин і органів з фізіологічними функціями для відновлення захворювань і дефектів в організмі людини. У клінічних цілях використовувалися лише продукти інженерії шкіри, хрящів і кісткової тканини, оскільки тканини, створені in vitro, не мають сумісної системи кровопостачання. Вчені успішно надрукували штучні серця, печінку, легені, нирки та інші тканини й органи, але друк штучних мікросудинних мереж, особливо капілярних мереж (діаметр трубки від 6 до 9 мкм), завжди був складною проблемою та вузьким місцем у тканинній інженерії. .
Нещодавно група доцента Jiawen Li з Лабораторії мікро- та нанотехніки Школи інженерних наук Університету науки і технологій Китаю (USTC) запропонувала фемтосекундний лазерний метод динамічної голографічної обробки, придатний для ефективної побудови 3D-капілярних каркасів для генерація 3D капілярних мереж. Робота була опублікована під назвою «Швидка конструкція 3D біоміметичних капілярних мереж зі складною морфологією з використанням динамічної голографічної обробки». Робота була опублікована в Advanced Functional Materials під назвою «Швидка конструкція 3D біоміметичних капілярних мереж зі складною морфологією з використанням динамічної голографічної обробки» і була вибрано як обкладинку журналу, а відповідну технологію було дозволено патентом.
Фемтосекундна лазерна двофотонна полімеризація має нанорозмірну роздільну здатність обробки та здатність тривимірного виготовлення, але традиційна стратегія обробки для друку мікросудинних мереж неефективна. На основі попередньої роботи група пропонує метод локальної фазової модуляції, заснований на кільцевому пучку Бесселя для створення кільцеподібного світлового поля з вирізами, і використовує швидкозмінне кільцеве світло з вирізами для експонування всередині фоторезисту для реалізації ефективного обробка роздвоєних мереж мікротрубочок складної форми та біонічних пористих мікротрубочок, а швидкість обробки більш ніж у 30 разів вища, ніж у традиційного методу точкової обробки. Група використовувала пористу мережу мікротрубочок як каркас для спрямування росту ендотеліальних клітин до стінки, реалізуючи побудову складних мікросудинних мереж із визначеною морфологією, і ця робота стане платформою для дослідницької роботи в галузі тканинної інженерії, скринінгу ліків. і фізіологія судин. Боуен Сонг, студент магістратури, Шеньїн Фан, докторант, і Чаовей Ван, постдокторант, є співавторами статті, а Цзявен Лі є відповідним автором.
Останніми роками група Лі активно вивчала застосування фемтосекундної лазерної технології обробки в біомедичній галузі та досягла прогресу в методі підготовки мікронано роботів. Мікронано роботи мають великі перспективи застосування в біомедичній сфері. Щоб реалізувати підготовку великого об’єму та кероване транспортування мікророботів у складних середовищах, група пропонує ефективний метод підготовки мікроспіральних мікророботів, що реагують на навколишнє середовище, на основі обертально-динамічного голографічного світлового поля, яке може обробляти тисячі мікрогелів гідрогелю. -спіральні роботи протягом 0.5 год. Робот реалізує інтелектуальну адаптивну деформацію своєї власної морфології під регулюванням pH, а потім відбувається різноманітність режимів руху під дією магнітного поля, реалізуючи транспортування ліків у фіксованій точці. Щоб вирішити проблему низького магнітного вмісту мікроспіральних роботів, рушійна сила мала, важко подолати вплив швидкості потоку навколишнього середовища, група пропонує двофотонну полімеризаційну форму та метод спікання, заснований на процесі Для приготування спірального мікроробота з чистого нікелю магнітний вміст спіральних роботів становить близько 90 мас.%, у обертовому магнітному полі низької інтенсивності підвищує магнітний крутний момент, максимальну швидкість до 12,5 довжин тіла за секунду та може рухати вага об’єкта перевищує його власну в 200 разів, а в Магнітний момент посилюється обертовим магнітним полем низької сили.
Крім того, група Jiawen Li досліджувала вплив мікронаноструктур на поведінку росту нейронів на основі двофотонної обробки фемтосекундним лазером. У співпраці з професором Гуо-Цян Бі з Департаменту наук про життя та медицини та доцентом Вейпін Дінгом зі Школи інформаційних наук і технологій вони підготували масиви візерункових мікростолбів із різною відстанню та висотою за допомогою фемтосекундної двофотонної технології, і виявив, що аксони нейронів мають тенденцію до росту на ізометричних мікростовпах, і що вони здатні керувати спрямованим ростом нейронів і формуванням нейронних ланцюгів шляхом побудови рядів мікростовпів. Натхненна мієлінізацією аксонів, об’єднана група змоделювала мієлінізацію аксонів, створивши та підготувавши структури мікротрубочок з різними діаметрами, товщиною стінок і довжиною, і виявила, що структури мікротрубочок здатні прискорити швидкість росту аксонів нейронів (більш ніж у 10 разів). Крім того, об’єднана група магнетично напилила магнітну тонку плівку нікелю та біосумісну тонку плівку титану на поверхні мікротрубочок, які можна використовувати для точного з’єднання нейронів під впливом зовнішнього магнітного поля для формування специфічного біологічний нейронний ланцюг. Мікронаноструктури здатні до спрямованого та прискореного росту нейронів, що забезпечить методи та ідеї для спрямованого з’єднання ізольованих нервових кластерів, побудови нейронної мережі та швидкого відновлення пошкоджених нервів.