For nylig har lektor Li Jiawens gruppe i Micro and Nano Engineering Laboratory, School of Engineering Science, University of Science and Technology of China (USTC) foreslået en femtosekund laser dynamisk holografisk behandlingsmetode til effektiv konstruktion af 3D kapillær stilladser, som kan bruges til at generere 3D-kapillærnetværk. Værket blev udgivet som "Rapid Construction of 3D Biomimetic Capillary Networks with Complex Morphology Using Dynamic Holographic Processing Værket blev udgivet i Advanced Functional Materials under titlen "Rapid Construction of 3D Biomimetic Capillary Networks with Complex Morphology Using Dynamic Holographic Processing" og var udvalgt som omslag for tidsskriftet, og den relaterede teknologi blev godkendt af et patent.
Femtosekund laser to-foton polymerisation har nanoskala behandlingsopløsning og tredimensionel fremstillingsevne, men den traditionelle behandlingsstrategi til at udskrive mikrovaskulære netværk er ineffektiv. Baseret på det tidligere arbejde, foreslår gruppen en lokal fasemodulationsmetode baseret på den ringformede Bessel-stråle for at generere et ringformet kærv-lysfelt og udnytter det hurtigt skiftende kærv-ringformede lys til at eksponere inde i fotoresisten. den højeffektive bearbejdning af det komplekse form bifurcerede mikrotubuli-netværk og bioniske porøse mikrotubuli, og bearbejdningshastigheden er over 30 gange højere end den traditionelle punkt-for-punkt-bearbejdningsmetode. Gruppen brugte det porøse mikrotubuli-netværk som et stillads til at guide endotelceller til at vokse mod væggen og realiserede konstruktionen af komplekse mikrovaskulære netværk med definerbar morfologi, og dette arbejde vil give en platform for forskningsarbejde inden for vævsteknologi, lægemiddelscreening og vaskulær fysiologi. Bowen Song, en masterstuderende, Shengying Fan, en ph.d.-studerende, og Chaowei Wang, en postdoc-stipendiat, er de første forfattere af papiret, og Jiawen Li er den tilsvarende forfatter.
Figur Effektiv konstruktionsmetode for mikrovaskulært netværk: (a) Skematisk af dynamisk holografisk effektiv behandling; (b) bifurkerede mikrotubuli; (c) Endotelceller på overfladen af mikrotubuli
I de seneste år har Jiawen Lis gruppe aktivt udforsket anvendelsen af femtosekund laserbehandlingsteknologi på det biomedicinske område og har gjort fremskridt i fremstillingsmetoden for mikro-nano-robotter. Mikro-nano-robotter viser store anvendelsesmuligheder inden for biomedicin. For at realisere den store mængde forberedelse og kontrollerbar transport af mikrorobotter i komplekse miljøer, foreslår gruppen en effektiv forberedelsesmetode til miljøresponsive mikrospiralformede robotter baseret på rotationsdynamisk holografisk lysfelt, som kan behandle tusindvis af hydrogel mikro -spiralformede robotter inden for 0,5 timer. Robotten realiserer intelligent adaptiv deformation af sin egen morfologi under pH-regulering, som igen genererer flere bevægelsestilstande drevet af et magnetfelt og opnår målrettet medicintransport (ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023, 4: 29). For at løse problemet med lavt magnetisk indhold og lille drivkraft af mikrospiralformede robotter, som er vanskelige at overvinde virkningen af miljømæssig strømningshastighed, foreslog gruppen en proces baseret på to-foton polymerisationsformning og sintringsmetode til fremstilling af ren nikkel spiralformede mikrorobotter, som har et magnetisk indhold på omkring 90 vægt%, forbedret magnetisk drejningsmoment under et roterende magnetfelt med lav styrke, med en maksimal hastighed på 12,5 kropslængder pr. sekund og evnen til at fremdrive en genstand 200 gange tungere end sig selv og til kontrolleret bevægelse i en væske (Lab Chip, 2024, DOI: 10.1039/d3lc01084h).
Fig. Mikro-nano-spiralrobotter: (a) effektiv forberedelse og miljøresponsegenskaber af hydrogel-mikronano-robotter; (b) mikro-nano metalrobotter kan overvinde effekten af strømningshastighed.
Derudover udforskede Jiawen Lis gruppe effekten af mikro-nanostrukturer på neuronal vækstadfærd baseret på femtosekund laser to-foton behandlingsteknologi. I samarbejde med prof. Guo-Qiang Bi fra Institut for Biovidenskab og Medicin og lektor Weiping Ding fra School of Information Science and Technology brugte de femtosekund to-foton-teknologi til at forberede arrays af mønstrede mikrosøjler med forskellige afstande og højder , og fandt ud af, at neuronale axoner havde en tendens til at vokse på isometriske mikrosøjler, og at neuroner kunne ledes til retningsbestemt vækst og neurale kredsløb ved at konstruere mikrosøjlerækkerne (Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094). Inspireret af aksonal myelinisering designede og forberedte den fælles gruppe mikrotubulusstrukturer med forskellige diametre, vægtykkelser og længder for at efterligne axonal myelinisering og fandt ud af, at mikrotubulusstrukturerne var i stand til at accelerere væksthastigheden af neuronale axoner (mere end 10 gange). Derudover sputterede ledgruppen magnetisk en magnetisk tynd film af nikkel og en biokompatibel tynd film af titanium på overfladen af mikrotubulierne, som kan bruges til den præcise forbindelse af neuroner under manipulation af et eksternt magnetfelt for at danne specifikke biologiske neurale kredsløb (Nano Lett., 2022, 22: 8991). Mikro-nanostrukturerne er i stand til at realisere retningsbestemt vækst og accelereret vækst af neuroner, hvilket vil give metoder og ideer til retningsbestemt forbindelse af isolerede nerveklynger, konstruktion af neurale netværk og hurtig reparation af nerveskader.
Fig. Virkning af mikro-nanostruktur på neuronal axon-vækst: (a) neuronale axoner vokser langs samme højde mikrosøjler på en retningsbestemt måde; (b) porøse mikrotubuli accelererer neuronal axonvækst og kan realisere retningsbestemt forbindelse af neuroner.
Ovenstående forskningsarbejde blev støttet af National Natural Science Foundation of China, det centrale forsknings- og udviklingsprogram under Ministeriet for Videnskab og Teknologi og Anhui Provincial Science and Technology Major Research Project.
