Neseniai Kinijos mokslo ir technologijos universiteto (USTC) Inžinerijos mokslų mokyklos mikro ir nano inžinerijos laboratorijos docento Li Jiaveno grupė pasiūlė femtosekundžių lazerinio dinaminio holografinio apdorojimo metodą efektyviam 3D kapiliarinių pastolių konstravimui. naudojami 3D kapiliariniams tinklams generuoti. Darbas buvo paskelbtas kaip "Spartus 3D biomimetinių kapiliarinių tinklų su sudėtinga morfologija konstravimas naudojant dinaminį holografinį apdorojimą. Darbas buvo paskelbtas Advanced Functional Materials pavadinimu "Spartus 3D biomimetinių kapiliarinių tinklų su sudėtinga morfologija konstravimas naudojant dinaminį holografinį apdorojimą" ir buvo pasirinktas kaip žurnalo viršelis, o susijusi technologija buvo patvirtinta patentu.
Femtosekundinė lazerinė dviejų fotonų polimerizacija turi nanoskalės apdorojimo skiriamąją gebą ir trimačius gamybos pajėgumus, tačiau tradicinė apdorojimo strategija spausdinti mikrovaskulinius tinklus yra neveiksminga. Remdamasi ankstesniu darbu, grupė siūlo vietinės fazės moduliacijos metodą, pagrįstą žiedo formos Besselio spinduliu, kad būtų sukurtas žiedo formos įpjovos šviesos laukas, ir naudoja greitai kintančią įpjovą žiedo formos šviesą, kad būtų atskleista fotorezisto viduje, suvokdama. didelio efektyvumo sudėtingos formos dvišakių mikrovamzdelių tinklo ir bioninių poringų mikrovamzdelių apdirbimas, o apdirbimo greitis yra daugiau nei 30 kartų didesnis nei tradicinio taškinio apdirbimo metodo. Grupė naudojo porėtą mikrovamzdelių tinklą kaip pastolius, kad nukreiptų endotelio ląsteles augti prie sienos, realizuojant sudėtingų mikrovaskulinių tinklų su apibrėžta morfologija konstrukciją, o šis darbas suteiks platformą mokslinių tyrimų darbui audinių inžinerijos, vaistų atrankos srityse. ir kraujagyslių fiziologija. Bowen Song, magistrantūros studentas, Shengying Fan, doktorantas ir Chaowei Wang, podoktorantas, yra pirmieji šio straipsnio autoriai, o Jiawen Li yra atitinkamas autorius.
Paveikslas Efektyvus mikrovaskulinio tinklo konstravimo metodas: (a) Dinaminio holografinio efektyvaus apdorojimo schema; b) dvišakiai mikrovamzdeliai; c) endotelio ląstelės mikrotubulių paviršiuje
Pastaraisiais metais Jiawen Li grupė aktyviai tyrinėjo femtosekundinių lazerinių apdorojimo technologijų taikymą biomedicinos srityje ir padarė pažangą mikro-nano robotų paruošimo būdu. Mikronano robotai rodo puikias taikymo perspektyvas biomedicinos srityje. Siekdama realizuoti didelio tūrio paruošimą ir kontroliuojamą mikrorobotų transportavimą sudėtingose aplinkose, grupė siūlo efektyvų į aplinką reaguojančių mikrospiralinių robotų paruošimo būdą, pagrįstą sukimosi dinamišku holografiniu šviesos lauku, galinčiu apdoroti tūkstančius hidrogelio mikro. -spiraliniai robotai per 0.5h. Robotas įgyvendina intelektualią adaptyvią savo morfologijos deformaciją, reguliuojant pH, o tai savo ruožtu generuoja kelis judėjimo režimus, varomus magnetinio lauko, ir pasiekia tikslinį vaistų transportavimą (ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023, 4: 29). Siekdama išspręsti mažo magnetinio kiekio ir mažos varomosios jėgos mikrospiralinių robotų, kuriems sunku įveikti aplinkos srauto greičio poveikį, problemą, grupė pasiūlė procesą, pagrįstą dviejų fotonų polimerizacijos formavimo ir sukepinimo metodu, kad būtų galima paruošti gryną. nikelio spiraliniai mikrorobotai, kurių magnetinis kiekis yra apie 90 masės %, padidintas magnetinis sukimo momentas veikiant mažo stiprio besisukančiam magnetiniam laukui, maksimalus greitis 12,5 kūno ilgio per sekundę ir galimybė varyti objektą, sunkesnį nei 200 kartų. save ir kontroliuojamą judėjimą skystyje (Lab Chip, 2024, DOI: 10.1039/d3lc01084h).
Pav. Mikro-nano spiraliniai robotai: (a) efektyvus hidrogelio mikro-nano robotų paruošimas ir reakcijos į aplinką savybės; b) mikro-nano metalo robotai gali įveikti srauto greičio poveikį.
Be to, Jiawen Li grupė ištyrė mikro-nanostruktūrų poveikį neuronų augimo elgsenai, pagrįstą femtosekundės lazerio dviejų fotonų apdorojimo technologija. Bendradarbiaudami su Gyvosios gamtos mokslų ir medicinos katedros prof. Guo-Qiang Bi ir Informacijos mokslo ir technologijų mokyklos docentu Weiping Ding, jie panaudojo femtosekundinę dviejų fotonų technologiją, kad paruoštų raštuotų mikrostulpelių masyvus su skirtingais tarpais ir aukščiais. , ir nustatė, kad neuronų aksonai buvo linkę augti ant izometrinių mikrostulpų ir kad neuronai gali būti nukreipti į kryptingą augimą ir neuronų grandines sukonstruojant mikrostulpų eilutes (Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094). Įkvėpta aksoninės mielinizacijos, jungtinė grupė suprojektavo ir paruošė skirtingo skersmens, sienelių storio ir ilgio mikrotubulų struktūras, kad imituotų aksonų mielinizaciją, ir nustatė, kad mikrotubulų struktūros galėjo pagreitinti neuronų aksonų augimo greitį (daugiau nei 10 kartų). Be to, jungtinė grupė magnetiniu būdu išpurškė magnetinę ploną nikelio plėvelę ir biologiškai suderinamą ploną titano plėvelę ant mikrovamzdelių paviršiaus, kuri gali būti naudojama tiksliai sujungti neuronus, manipuliuojant išoriniu magnetiniu lauku, kad susidarytų specifinis biologinis neuronų grandinės (Nano Lett., 2022, 22: 8991). Mikronanostruktūros gali realizuoti kryptingą ir pagreitintą neuronų augimą, o tai suteiks metodų ir idėjų kryptiniam izoliuotų nervų sankaupų sujungimui, neuroninių tinklų konstravimui, greitam nervų pažeidimo atstatymui.
Pav. Mikro-nano struktūros poveikis neuronų aksonų augimui: (a) neuronų aksonai auga išilgai vienodo aukščio mikrostulpų kryptingai; b) akytieji mikrotubulai pagreitina neuronų aksonų augimą ir gali realizuoti kryptingą neuronų ryšį.
Aukščiau pateiktus mokslinius tyrimus rėmė Kinijos nacionalinis gamtos mokslų fondas, Mokslo ir technologijų ministerijos pagrindinių tyrimų ir plėtros programa bei Anhui provincijos mokslo ir technologijų pagrindinis mokslinių tyrimų projektas.
