Pred kratkim je skupina izrednega profesorja Li Jiawena v Laboratoriju za mikro in nano inženirstvo, Šola za inženirske znanosti, Univerza za znanost in tehnologijo Kitajske (USTC) predlagala metodo dinamične holografske obdelave femtosekundnega laserja za učinkovito gradnjo 3D kapilarnih ogrodij, ki jih je mogoče uporablja za ustvarjanje 3D kapilarnih mrež. Delo je bilo objavljeno kot "Hitra izgradnja 3D biomimetičnih kapilarnih mrež s kompleksno morfologijo z uporabo dinamične holografske obdelave" Delo je bilo objavljeno v Advanced Functional Materials pod naslovom "Hitra izgradnja 3D biomimetičnih kapilarnih mrež s kompleksno morfologijo z uporabo dinamične holografske obdelave" in je bilo izbrana za naslovnico revije, sorodna tehnologija pa je bila avtorizirana s patentom.
Femtosekundna laserska dvofotonska polimerizacija ima nanometrsko ločljivost obdelave in zmožnost tridimenzionalne izdelave, vendar je tradicionalna strategija obdelave za tiskanje mikrovaskularnih mrež neučinkovita. Na podlagi prejšnjega dela skupina predlaga metodo lokalne fazne modulacije, ki temelji na obročastem Besselovem žarku za generiranje obročasto zarezanega svetlobnega polja, in uporablja hitro spreminjajočo se zarezano obročasto svetlobo za osvetlitev znotraj fotorezista, s čimer se realizira visoko učinkovito obdelavo razcepljene mreže mikrotubulov zapletene oblike in bioničnih poroznih mikrotubulov, hitrost obdelave pa je več kot 30-krat večja kot pri tradicionalni metodi obdelave od točke do točke. Skupina je uporabila porozno mikrotubulno mrežo kot ogrodje za usmerjanje endotelijskih celic, da rastejo proti steni, in tako realizirala konstrukcijo kompleksnih mikrovaskularnih mrež z določljivo morfologijo, to delo pa bo zagotovilo platformo za raziskovalno delo na področjih tkivnega inženirstva, presejanja zdravil in vaskularna fiziologija. Bowen Song, magistrski študent, Shengying Fan, doktorski študent, in Chaowei Wang, podoktorski sodelavec, so soavtorji prispevka, Jiawen Li pa je ustrezni avtor.
Slika Učinkovita konstrukcijska metoda mikrovaskularne mreže: (a) Shema dinamične holografske učinkovite obdelave; (b) razcepljene mikrotubule; (c) Endotelne celice na površini mikrotubulov
V zadnjih letih je skupina Jiawena Lija aktivno raziskovala uporabo femtosekundne laserske tehnologije obdelave na področju biomedicine in dosegla napredek pri metodi priprave mikro-nano robotov. Mikro-nano roboti kažejo velike možnosti uporabe na področju biomedicine. Da bi uresničili pripravo velikih količin in nadzorovan transport mikrorobotov v kompleksnih okoljih, skupina predlaga učinkovito metodo priprave na okolje odzivnih mikrovijačnih robotov, ki temeljijo na rotacijsko dinamičnem holografskem svetlobnem polju, ki lahko obdela na tisoče hidrogelnih mikro -vijačni roboti znotraj 0.5h. Robot realizira inteligentno prilagodljivo deformacijo svoje lastne morfologije pod regulacijo pH, kar nato ustvari več načinov gibanja, ki jih poganja magnetno polje, in doseže ciljno usmerjen transport zdravil (ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023, 4: 29). Da bi rešili problem nizke magnetne vsebnosti in majhne gonilne sile mikrovijačnih robotov, ki težko premagajo učinek okoljske hitrosti pretoka, je skupina predlagala postopek, ki temelji na dvofotonski polimerizaciji in metodi sintranja za pripravo čistega nikljevi vijačni mikroroboti, ki imajo magnetno vsebnost približno 90 mas. %, izboljšan magnetni navor pod vrtljivim magnetnim poljem nizke jakosti, z največjo hitrostjo 12,5 dolžine telesa na sekundo in sposobnostjo poganjanja predmeta, ki je 200-krat težji od in na nadzorovano gibanje v tekočini (Lab Chip, 2024, DOI: 10.1039/d3lc01084h).
Slika. Mikro-nano spiralni roboti: (a) učinkovita priprava in lastnosti odziva na okolje hidrogelnih mikro-nano robotov; (b) mikro-nano kovinski roboti lahko premagajo učinek hitrosti toka.
Poleg tega je skupina Jiawena Lija raziskovala učinek mikro-nanostruktur na vedenje rasti nevronov, ki temelji na tehnologiji dvofotonske obdelave femtosekundnega laserja. V sodelovanju s prof. Guo-Qiangom Bijem z oddelka za znanosti o življenju in medicino ter izrednim profesorjem Weiping Dingom s šole za informacijske znanosti in tehnologijo so uporabili femtosekundno dvofotonsko tehnologijo za pripravo nizov vzorčastih mikrostebrov z različnimi razmiki in višinami. , in ugotovil, da so nevronski aksoni ponavadi rasli na izometričnih mikrostebrih in da je mogoče nevrone voditi k usmerjeni rasti in nevronskim vezjem s konstruiranjem vrst mikrostebrov (Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094). Po navdihu mielinacije aksonov je skupna skupina zasnovala in pripravila mikrotubulne strukture z različnimi premeri, debelinami sten in dolžinami, da posnemajo mielinacijo aksonov, in ugotovila, da lahko mikrotubulne strukture pospešijo stopnjo rasti nevronskih aksonov (več kot 10-krat). Poleg tega je skupna skupina magnetno razpršila magnetni tanek film niklja in biokompatibilen tanek film titana na površino mikrotubulov, ki se lahko uporabita za natančno povezavo nevronov pod manipulacijo zunanjega magnetnega polja, da se tvori specifična biološka nevronskih vezij (Nano Lett., 2022, 22: 8991). Mikro-nanostrukture so sposobne realizirati usmerjeno rast in pospešeno rast nevronov, kar bo zagotovilo metode in ideje za usmerjeno povezovanje izoliranih živčnih skupkov, konstrukcijo nevronskih mrež in hitro popravilo poškodb živcev.
Slika. Učinek mikro-nano strukture na rast nevronskih aksonov: (a) nevronski aksoni rastejo vzdolž enako visokih mikro-stebrov na usmerjen način; (b) porozne mikrotubule pospešujejo rast nevronskih aksonov in lahko realizirajo usmerjeno povezavo nevronov.
Zgornje raziskovalno delo so podprli Nacionalna naravoslovna fundacija Kitajske, Ključni raziskovalni in razvojni program Ministrstva za znanost in tehnologijo ter Veliki raziskovalni projekt znanosti in tehnologije province Anhui.
