Недавно группа доцента Ли Цзявэня из Лаборатории микро- и наноинженерии Школы инженерных наук Китайского университета науки и технологий (USTC) предложила метод фемтосекундной лазерной динамической голографической обработки для эффективного построения трехмерных капиллярных каркасов, которые можно используется для создания 3D капиллярных сетей. Работа была опубликована как «Быстрое построение 3D биомиметических капиллярных сетей со сложной морфологией с использованием динамической голографической обработки». Работа была опубликована в журнале Advanced Functional Materials под названием «Быстрое построение 3D биомиметических капиллярных сетей со сложной морфологией с использованием динамической голографической обработки» и была выбран в качестве обложки журнала, а соответствующая технология была запатентована.
Фемтосекундная лазерная двухфотонная полимеризация имеет наномасштабное разрешение обработки и возможность трехмерного изготовления, но традиционная стратегия обработки для печати микрососудистых сетей неэффективна. Основываясь на предыдущей работе, группа предлагает метод локальной фазовой модуляции на основе кольцеобразного луча Бесселя для создания кольцеобразного светового поля с надрезом и использует быстро меняющийся кольцеобразный свет с надрезом для экспонирования внутри фоторезиста, реализуя высокоэффективная обработка раздвоенной сети микротрубочек сложной формы и бионических пористых микротрубочек, а скорость обработки более чем в 30 раз выше, чем у традиционного метода точечной обработки. Группа использовала сеть пористых микротрубочек в качестве каркаса, направляющего рост эндотелиальных клеток к стенке, реализуя построение сложных микрососудистых сетей с определяемой морфологией, и эта работа предоставит платформу для исследовательской работы в области тканевой инженерии, скрининга лекарств. и физиология сосудов. Боуэн Сун, студент магистратуры, Шэнъин Фань, докторант, и Чаовэй Ван, постдокторант, являются соавторами статьи, а Цзявэнь Ли — автором-переписчиком.
Рисунок. Эффективный метод построения микрососудистой сети: (а) Схема динамической голографической эффективной обработки; (б) Раздвоенные микротрубочки; (в) Эндотелиальные клетки на поверхности микротрубочек
В последние годы группа Цзявэня Ли активно исследовала применение технологии фемтосекундной лазерной обработки в биомедицинской области и добилась прогресса в методе изготовления микро-нанороботов. Микро-нанороботы демонстрируют большие перспективы применения в сфере биомедицины. Чтобы реализовать подготовку больших объемов и контролируемую транспортировку микророботов в сложных средах, группа предлагает эффективный метод подготовки чувствительных к окружающей среде микроспиральных роботов, основанный на вращательно-динамическом голографическом световом поле, который может обрабатывать тысячи гидрогелевых микроспиралей. -спиральные роботы в течение 0.5ч. Робот реализует интеллектуальную адаптивную деформацию своей собственной морфологии под действием регулирования pH, что, в свою очередь, генерирует несколько режимов движения, управляемых магнитным полем, и обеспечивает целевую транспортировку лекарств (ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023, 4: 29). Чтобы решить проблему низкого магнитного содержания и небольшой движущей силы микроспиральных роботов, которым трудно преодолеть влияние скорости потока окружающей среды, группа предложила процесс, основанный на методе двухфотонной полимеризации, формовании и спекании для получения чистого никелевые спиральные микророботы, содержание магнитного поля которых составляет около 90% по весу, повышенный магнитный крутящий момент в условиях малосильного вращающегося магнитного поля, максимальная скорость 12,5 длин тела в секунду и способность перемещать объект в 200 раз тяжелее, чем сам по себе и для управляемого движения в жидкости (Lab Chip, 2024, DOI: 10.1039/d3lc01084h).
Рис. Микро-нано-спиральные роботы: (а) эффективная подготовка и свойства гидрогелевых микро-нано-роботов по реагированию на окружающую среду; (б) металлические микро-нанороботы могут преодолеть эффект скорости потока.
Кроме того, группа Цзявэня Ли исследовала влияние микронаноструктур на поведение роста нейронов на основе технологии фемтосекундной лазерной двухфотонной обработки. В сотрудничестве с профессором Го-Цян Би с факультета наук о жизни и медицины и доцентом Вейпин Дином из Школы информационных наук и технологий они использовали фемтосекундную двухфотонную технологию для приготовления массивов узорчатых микростолбиков с разными расстояниями и высотами. и обнаружили, что аксоны нейронов имеют тенденцию расти на изометрических микростолбиках и что нейроны можно направлять к направленному росту и нейронным цепям путем построения рядов микропилляров (Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094). Вдохновленная аксональной миелинизацией, совместная группа разработала и подготовила структуры микротрубочек с разными диаметрами, толщиной стенок и длиной, чтобы имитировать аксональную миелинизацию, и обнаружила, что структуры микротрубочек способны ускорять скорость роста нейрональных аксонов (более чем в 10 раз). Кроме того, совместная группа магнитным напылением нанесла на поверхность микротрубочек магнитную тонкую пленку никеля и биосовместимую тонкую пленку титана, которые можно использовать для точного соединения нейронов под воздействием внешнего магнитного поля для формирования специфических биологических нейронные цепи (Nano Lett., 2022, 22: 8991). Микронаноструктуры способны реализовать направленный рост и ускоренный рост нейронов, что обеспечит методы и идеи для направленного соединения изолированных нервных кластеров, построения нейронных сетей и быстрого восстановления повреждений нервов.
Рис. Влияние микро-наноструктуры на рост аксонов нейронов: (а) аксоны нейронов растут вдоль микростолбов одинаковой высоты направленно; (б) пористые микротрубочки ускоряют рост аксонов нейронов и могут осуществлять направленное соединение нейронов.
Вышеупомянутая исследовательская работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая, Ключевой программой исследований и разработок Министерства науки и технологий и Крупным исследовательским проектом науки и технологий провинции Аньхой.
