Нещодавно група доцента Лі Цзявеня в лабораторії мікро- та нанотехніки Школи інженерних наук Університету науки і технологій Китаю (USTC) запропонувала фемтосекундний лазерний динамічний голографічний метод обробки для ефективної побудови 3D-капілярних каркасів, які можуть бути використовується для створення тривимірних 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. Грунтуючись на попередній роботі, група пропонує локальний метод фазової модуляції на основі кільцевого променя Бесселя для генерації кільцеподібного світлового поля з вирізами та використовує швидкозмінне кільцеподібне світло з вирізами для експонування всередині фоторезисту, реалізуючи високоефективна обробка роздвоєної мережі 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.
Рисунок Ефективний метод побудови мікросудинної мережі: (а) Схема динамічної голографічної ефективної обробки; (b) Роздвоєні мікротрубочки; (c) Ендотеліальні клітини на поверхні мікротрубочок
В останні роки група Jiawen Li активно досліджувала застосування фемтосекундної лазерної технології обробки в біомедичній галузі та досягла прогресу в методі підготовки мікро-нано роботів. Мікронано роботи мають великі перспективи застосування в галузі біомедицини. 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 рН, що, у свою чергу, генерує кілька режимів руху, керованих магнітним полем, і досягає цілеспрямованого транспортування ліків (ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023, 4: 29). Щоб вирішити проблему низького магнітного вмісту та малої рушійної сили мікроспіральних роботів, яким важко подолати вплив швидкості потоку навколишнього середовища, група запропонувала процес, заснований на двофотонному полімеризаційному формуванні та методі спікання для отримання чистого нікелеві спіральні мікро-роботи, які мають магнітний вміст близько 90 мас.%, посилений магнітний крутний момент під обертовим магнітним полем низької сили, з максимальною швидкістю 12,5 довжини тіла за секунду та здатністю рухати об’єкт у 200 разів важчий, ніж себе та керованого руху в рідині (Lab Chip, 2024, DOI: 10.1039/d3lc01084h).
Рис. Мікронано спіральні роботи: (а) ефективна підготовка та реакція на навколишнє середовище гідрогелевих мікронано роботів; (b) мікро-нано металеві роботи можуть подолати ефект швидкості потоку.
Крім того, група Jiawen Li досліджувала вплив мікронаноструктур на поведінку росту нейронів на основі фемтосекундної лазерної двофотонної технології обробки. 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 використали фемтосекундну двофотонну технологію для підготовки масивів візерункових мікростолбів із різними відстанями та висотою. , і виявив, що аксони нейронів мають тенденцію до росту на ізометричних мікростовпах, і що нейрони можуть спрямовуватися до спрямованого росту та нейронних ланцюгів шляхом побудови рядів мікростовпів (Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094). Натхненний мієлінізацією аксонів, об’єднана група розробила та підготувала структури мікротрубочок з різними діаметрами, товщиною стінок і довжиною, щоб імітувати мієлінізацію аксонів, 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 специфічних біологічних нейронні схеми (Nano Lett., 2022, 22: 8991). Мікронаноструктури здатні реалізувати спрямований ріст і прискорений ріст нейронів, що забезпечить методи та ідеї для спрямованого з’єднання ізольованих нервових кластерів, побудови нейронних мереж і швидкого відновлення пошкоджених нервів.
Рис. Вплив мікронаноструктури на ріст аксонів нейронів: (а) аксони нейронів ростуть вздовж мікро-стовпів однакової висоти в спрямованому порядку; (b) пористі мікротрубочки прискорюють ріст аксонів нейронів і можуть реалізовувати спрямований зв'язок нейронів.
Вищезазначена дослідницька робота була підтримана Національним природничим науковим фондом Китаю, Ключовою програмою досліджень і розробок Міністерства науки і технологій і Головним науково-технічним проектом провінції Аньхой.
