Hiljuti pakkus Hiina teaduse ja tehnoloogia ülikooli (USTC) tehnikateaduste kooli mikro- ja nanotehnika labori dotsent Li Jiaweni rühm välja femtosekundilise laserdünaamilise holograafilise töötlemise meetodi 3D-kapillaarkarkasside tõhusaks ehitamiseks, mida saab kasutatakse 3D kapillaarvõrkude loomiseks. Töö avaldati kui "Keerulise morfoloogiaga 3D biomimeetiliste kapillaarvõrkude kiire ehitamine, kasutades dünaamilist holograafilist töötlemist. Töö avaldati Advanced Functional Materialsis pealkirjaga "Rapid Construction of 3D Biomimetic Capillary Networks with Complex Morphology Using Dynamic Holographic Processing" ja see oli valiti ajakirja kaanepaberiks ja sellega seotud tehnoloogia oli volitatud patendiga.
Femtosekundilise laseriga kahe fotoni polümerisatsioonil on nanoskaala töötlemise eraldusvõime ja kolmemõõtmeline valmistamisvõime, kuid traditsiooniline töötlemisstrateegia mikrovaskulaarsete võrkude printimiseks on ebaefektiivne. Eelneva töö põhjal pakub rühm välja lokaalse faasimodulatsiooni meetodi, mis põhineb rõngakujulisel Besseli kiirel, et tekitada rõngakujuline sälkvalgusväli, ning kasutab fotoresisti sees eksponeerimiseks kiiresti muutuvat sälkudega rõngakujulist valgust. keeruka kujuga kaheharuliste mikrotuubulite võrgu ja biooniliste poorsete mikrotuubulite kõrge efektiivsusega töötlemine ning töötlemiskiirus on üle 30 korra suurem kui traditsioonilisel punkt-punktis töötlemismeetodil. Rühm kasutas poorset mikrotuubulite võrku karkassina, et suunata endoteelirakud vastu seina kasvama, realiseerides määratletava morfoloogiaga keeruliste mikrovaskulaarsete võrkude ehitamise ning see töö loob platvormi uurimistööks koetehnoloogia ja ravimite sõeluuringu valdkondades. ja veresoonte füsioloogia. Töö esimesed autorid on magistrant Bowen Song, doktorant Shengying Fan ja järeldoktor Chaowei Wang ning vastav autor on Jiawen Li.
Joonis Mikrovaskulaarse võrgu tõhus ehitusmeetod: (a) Dünaamilise holograafilise tõhusa töötlemise skeem; b) kaheharulised mikrotuubulid; c ) Endoteelirakud mikrotuubulite pinnal
Viimastel aastatel on Jiawen Li rühm aktiivselt uurinud femtosekundilise lasertöötlustehnoloogia rakendamist biomeditsiini valdkonnas ja teinud edusamme mikro-nanorobotite valmistamise meetodil. Mikronanorobotid näitavad biomeditsiini valdkonnas suuri rakendusväljavaateid. Mikrorobotite suuremahuliseks ettevalmistamiseks ja juhitavaks transportimiseks keerulistes keskkondades pakub rühm välja tõhusa keskkonnatundlike mikrospiraalsete robotite valmistamise meetodi, mis põhineb pöörlevalt dünaamilisel holograafilisel valgusväljal ja mis suudab töödelda tuhandeid hüdrogeel-mikroroboteid. -spiraalsed robotid 0,5 tunni jooksul. Robot teostab pH reguleerimisel oma morfoloogia intelligentset adaptiivset deformatsiooni, mis omakorda genereerib mitu magnetvälja poolt juhitavat liikumisrežiimi ja saavutab ravimite sihipärase transpordi (ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023, 4: 29). Mikrospiraalsete robotite väikese magnetilise sisalduse ja väikese liikumapaneva jõu probleemi lahendamiseks, mida on raske ületada keskkonnavoolu kiiruse mõju, pakkus rühm välja kahe fotoni polümerisatsiooni moodustamise ja paagutamise meetodil põhineva protsessi, et valmistada puhast. nikli spiraalsed mikrorobotid, mille magnetisisaldus on umbes 90 massiprotsenti, suurendatud magnetmomenti madala tugevusega pöörleva magnetvälja all, maksimaalne kiirus 12,5 kehapikkust sekundis ja võime edasi lükata objekti, mis on 200 korda raskem kui ise ja vedelikus liikumise kontrollimiseks (Lab Chip, 2024, DOI: 10.1039/d3lc01084h).
Joonis Mikro-nanospiraalrobotid: (a) hüdrogeel-mikro-nanorobotite tõhus ettevalmistus ja keskkonnareaktsiooni omadused; b) mikro-nano-metallist robotid suudavad ületada voolukiiruse mõju.
Lisaks uuris Jiawen Li töörühm femtosekundilise laseri kahe footoni töötlemistehnoloogial põhinevate mikro-nanostruktuuride mõju neuronite kasvukäitumisele. Koostöös prof Guo-Qiang Bi bioteaduste ja meditsiini osakonnast ning dotsent Weiping Dingiga infoteaduste ja tehnoloogia koolist kasutasid nad femtosekundilist kahefotoni tehnoloogiat, et valmistada ette erinevate vahekauguste ja kõrgustega mustriliste mikrosammaste massiivid. , ja leidis, et neuronaalsed aksonid kaldusid kasvama isomeetrilistel mikrosammastel ning et neuroneid saab suunata kasvusuunalise kasvu ja närviahelate poole, konstrueerides mikrosambaread (Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094). Aksonaalsest müeliniseerumisest inspireerituna kavandas ja valmistas liigesrühm erineva läbimõõdu, seina paksuse ja pikkusega mikrotuubulite struktuure, et jäljendada aksonaalset müeliniseerumist, ning leidis, et mikrotuubulite struktuurid on võimelised kiirendama neuronaalsete aksonite kasvukiirust (enam kui 10 korda). Lisaks pihustas ühendrühm magnetiliselt õhukese nikli magnetkile ja bioühilduva õhukese titaankile mikrotuubulite pinnale, mida saab kasutada neuronite täpseks ühendamiseks välise magnetväljaga manipuleerimisel, et moodustada spetsiifilisi bioloogilisi aineid. närviahelad (Nano Lett., 2022, 22: 8991). Mikronanostruktuurid suudavad realiseerida neuronite suunalist kasvu ja kiirendatud kasvu, mis annab meetodeid ja ideid isoleeritud närviklastrite suunaliseks ühendamiseks, närvivõrkude ehitamiseks ja närvikahjustuste kiireks parandamiseks.
Joonis. Mikro-nanostruktuuri mõju neuronite aksonite kasvule: (a) neuronaalsed aksonid kasvavad mööda sama kõrgusi mikrosambaid suunatult; ( b ) poorsed mikrotuubulid kiirendavad neuronite aksonite kasvu ja võivad realiseerida neuronite suunalise ühenduse.
Ülaltoodud uurimistööd toetasid Hiina riiklik loodusteaduste sihtasutus, teadus- ja tehnoloogiaministeeriumi võtmeuuringute ja arendustegevuse programm ning Anhui provintsi teaduse ja tehnoloogia suur uurimisprojekt.
