Äskettäin apulaisprofessori Li Jiawenin ryhmä Mikro- ja nanotekniikan laboratoriossa, Tekniikan korkeakoulussa, Kiinan tiede- ja teknologiayliopistossa (USTC) on ehdottanut femtosekundin laserdynaamista holografista käsittelymenetelmää 3D-kapillaaritelineiden tehokkaaseen rakentamiseen. käytetään 3D-kapillaariverkkojen luomiseen. Teos julkaistiin nimellä "Rapid Construction of 3D Biomimetic Capillary Networks with Complex Morphology using Dynamic Holographic Processing. Työ julkaistiin Advanced Functional Materialsissa otsikolla "Rapid Construction of 3D Biomimetic Capillary Networks with Complex Morphology using Dynamic Holographic Processing" ja se oli valittiin lehden kansipaperiksi ja siihen liittyvä tekniikka oli patentilla hyväksytty.
Femtosekunnin laserkaksifotonin polymeroinnilla on nanomittakaavan prosessointiresoluutio ja kolmiulotteinen valmistuskyky, mutta perinteinen prosessointistrategia mikrovaskulaaristen verkkojen tulostamiseen on tehoton. Edellisen työn pohjalta ryhmä ehdottaa renkaanmuotoiseen Besselin säteeseen perustuvaa paikallista vaihemodulaatiomenetelmää renkaan muotoisen lovetun valokentän luomiseksi ja hyödyntää nopeasti muuttuvaa lovettua renkaanmuotoista valoa valoresistin sisällä. monimutkaisen muotoisen kaksihaaraisen mikrotubulusverkoston ja bionisten huokoisten mikrotubulusten tehokas koneistus, ja koneistusnopeus on yli 30 kertaa suurempi kuin perinteisessä pistekohtaisessa työstömenetelmässä. Ryhmä käytti huokoista mikrotubulusverkkoa telineenä ohjaamaan endoteelisoluja kasvamaan seinää vasten ja toteuttamaan monimutkaisten mikrovaskulaaristen verkostojen rakentamisen, joilla on määriteltävä morfologia, ja tämä työ tarjoaa alustan tutkimustyölle kudostekniikan ja lääkeseulonnan aloilla. ja verisuonifysiologia. Maisteriopiskelija Bowen Song, tohtoriopiskelija Shengying Fan ja tohtori Chaowei Wang ovat paperin ensimmäisiä kirjoittajia, ja Jiawen Li on vastaava kirjoittaja.
Kuva Mikrovaskulaarisen verkon tehokas rakennusmenetelmä: (a) Kaavio dynaamisesta holografisesta tehokkaasta käsittelystä; (b) kaksihaaraiset mikrotubulukset; (c) Endoteelisolut mikrotubulusten pinnalla
Viime vuosina Jiawen Li:n ryhmä on aktiivisesti tutkinut femtosekundin laserkäsittelyteknologian soveltamista biolääketieteen alalla ja edistynyt mikronanorobottien valmistusmenetelmässä. Mikronanorobotit osoittavat suuria sovellusmahdollisuuksia biolääketieteen alalla. Toteuttaakseen mikrorobottien suuren volyymin valmistuksen ja ohjattavan kuljetuksen monimutkaisissa ympäristöissä, ryhmä ehdottaa tehokasta valmistusmenetelmää ympäristöherkille mikrokierteisille roboteille, jotka perustuvat rotaatiodynaamiseen holografiseen valokenttään ja jotka voivat käsitellä tuhansia hydrogeelimikrogeeliä. -kierteiset robotit 0,5 tunnin sisällä. Robotti toteuttaa oman morfologiansa älykkään mukautuvan muodonmuutoksen pH:n säätelyn alaisena, mikä puolestaan synnyttää useita magneettikentän ohjaamia liiketiloja ja saavuttaa kohdistetun lääkkeen kuljetuksen (ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023, 4: 29). Ratkaistakseen mikrokierteisten robottien alhaisen magneettipitoisuuden ja pienen käyttövoiman ongelman, joita on vaikea voittaa ympäristön virtausnopeuden vaikutuksesta, ryhmä ehdotti prosessia, joka perustuu kaksifotonipolymerointiin muodostus- ja sintrausmenetelmään puhtaan aineen valmistamiseksi. nikkelikierteiset mikrorobotit, joiden magneettipitoisuus on noin 90 painoprosenttia, tehostettu magneettinen vääntömomentti heikosti pyörivässä magneettikentässä, maksiminopeus 12,5 kehonpituutta sekunnissa ja kyky ajaa 200 kertaa raskaampaa esinettä itseään ja ohjattua liikettä nesteessä (Lab Chip, 2024, DOI: 10.1039/d3lc01084h).
Kuva. Mikronanospiraalirobotit: (a) hydrogeelimikronanorobottien tehokas valmistelu ja ympäristövasteominaisuudet; (b) Mikronanometallirobotit voivat voittaa virtausnopeuden vaikutuksen.
Lisäksi Jiawen Li:n ryhmä tutki mikronanorakenteiden vaikutusta hermosolujen kasvukäyttäytymiseen perustuen femtosekundin laserkaksifotonin prosessointitekniikkaan. Yhteistyössä biotieteiden ja lääketieteen laitoksen professori Guo-Qiang Bin ja tietotekniikan korkeakoulun apulaisprofessori Weiping Dingin kanssa he käyttivät femtosekuntia kahden fotonin teknologiaa valmistaakseen kuviollisia mikropilareja, joiden välit ja korkeudet vaihtelivat. ja havaitsivat, että hermosolujen aksonit pyrkivät kasvamaan isometristen mikropilareiden päällä ja että neuroneja voitiin ohjata suuntautuvaan kasvuun ja hermopiireihin rakentamalla mikropilaririvit (Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094). Aksonimyelinaation innoittamana nivelryhmä suunnitteli ja valmisteli mikrotubulusrakenteita, joilla oli eri halkaisijat, seinämän paksuus ja pituus, jäljittelemään aksonaalista myelinaatiota ja havaitsivat, että mikrotubulusrakenteet pystyivät nopeuttamaan hermosolujen aksonien kasvunopeutta (yli 10 kertaa). Lisäksi liitosryhmä sputteroi magneettisesti magneettisen ohuen nikkelikalvon ja bioyhteensopivan ohuen titaanikalvon mikrotubulusten pinnalle, jota voidaan käyttää hermosolujen tarkkaan yhdistämiseen ulkoisen magneettikentän manipuloinnin alaisena muodostaen spesifisen biologisen hermopiirit (Nano Lett., 2022, 22: 8991). Mikronanorakenteet pystyvät toteuttamaan neuronien suunnatun kasvun ja kiihdytetyn kasvun, mikä tarjoaa menetelmiä ja ideoita eristettyjen hermoklustereiden suuntaamiseen, hermoverkkojen rakentamiseen ja hermovaurioiden nopeaan korjaamiseen.
Kuva. Mikronanorakenteen vaikutus hermosolujen aksonien kasvuun: (a) neuronaaliset aksonit kasvavat samankorkuisia mikropilaria pitkin suunnatulla tavalla; (b) huokoiset mikrotubulukset kiihdyttävät hermosolujen aksonien kasvua ja voivat toteuttaa neuronien suunnatun yhteyden.
Yllä olevaa tutkimustyötä tukivat Kiinan kansallinen luonnontieteellinen säätiö, tiede- ja teknologiaministeriön avaintutkimus- ja kehitysohjelma sekä Anhuin maakunnan tiede- ja teknologia-suurtutkimusprojekti.
