Наскоро групата на доцент Li Jiawen в Лабораторията за микро и нано инженерство, Училището по инженерни науки, Университет за наука и технологии на Китай (USTC) предложи фемтосекунден лазерен динамичен холографски метод за обработка за ефективно изграждане на 3D капилярни скелета, които могат да бъдат използвани за генериране на 3D капилярни мрежи. Работата е публикувана като „Бързо изграждане на 3D биомиметични капилярни мрежи със сложна морфология с помощта на динамична холографска обработка“ Работата е публикувана в Advanced Functional Materials под заглавието „Бързо изграждане на 3D биомиметични капилярни мрежи със сложна морфология с помощта на динамична холографска обработка“ и е избран за корична хартия на списанието и свързаната технология е разрешена с патент.
Фемтосекундната лазерна двуфотонна полимеризация има разделителна способност на наноразмерна обработка и възможност за триизмерно производство, но традиционната стратегия за обработка за отпечатване на микроваскуларни мрежи е неефективна. Въз основа на предишната работа, групата предлага метод за локална фазова модулация, базиран на пръстеновидния лъч на Бесел, за генериране на пръстеновидно назъбено светлинно поле и използва бързо променящата се назъбена пръстеновидна светлина, за да изложи вътре във фоторезиста, реализирайки високоефективната обработка на мрежата от микротубули със сложна форма и бионични порести микротубули, а скоростта на обработка е над 30 пъти по-висока от тази на традиционния метод на обработка точка по точка. Групата използва порестата микротубулна мрежа като скеле за насочване на ендотелните клетки да растат срещу стената, реализирайки изграждането на сложни микроваскуларни мрежи с дефинируема морфология и тази работа ще предостави платформа за изследователска работа в областта на тъканното инженерство, скрининга на лекарства и съдова физиология. Bowen Song, магистър, Shengying Fan, докторант, и Chaowei Wang, постдокторант, са съавторите на статията, а Jiawen Li е съответният автор.
Фигура Ефективен метод за изграждане на микроваскуларна мрежа: (а) Схема на динамична холографска ефективна обработка; (b) Раздвоени микротубули; ( c ) Ендотелни клетки на повърхността на микротубулите
През последните години групата на Jiawen Li активно изследва приложението на фемтосекундна лазерна технология за обработка в биомедицинската област и постигна напредък в метода за подготовка на микро-нано роботи. Микро-нано роботите показват големи перспективи за приложение в областта на биомедицината. За да се реализира подготовката на голям обем и контролируемото транспортиране на микро-роботи в сложни среди, групата предлага ефективен метод за подготовка на реагиращи на околната среда микро-спирални роботи, базирани на ротационно динамично холографско светлинно поле, което може да обработва хиляди хидрогелни микро -спирални роботи в рамките на 0.5h. Роботът осъществява интелигентна адаптивна деформация на собствената си морфология при регулиране на рН, което от своя страна генерира множество режими на движение, задвижвани от магнитно поле, и постига целенасочен транспорт на лекарства (ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023, 4: 29). За да се реши проблемът с ниското магнитно съдържание и малката движеща сила на микроспиралните роботи, които са трудни за преодоляване на ефекта от скоростта на потока в околната среда, групата предложи процес, базиран на двуфотонна полимеризация, образуване и метод на синтероване за приготвяне на чист никелови спираловидни микророботи, които имат магнитно съдържание от около 90 тегл.%, подобрен магнитен въртящ момент под въртящо се магнитно поле с ниска сила, с максимална скорост от 12,5 дължини на тялото в секунда и способността да задвижват обект 200 пъти по-тежък от себе си и към контролирано движение в течност (Lab Chip, 2024, DOI: 10.1039/d3lc01084h).
Фигура. Микро-нано спирални роботи: (а) ефективна подготовка и свойства за реагиране върху околната среда на хидрогел микро-нано роботи; (б) микро-нано метални роботи могат да преодолеят ефекта на скоростта на потока.
В допълнение, групата на Jiawen Li изследва ефекта на микро-наноструктурите върху поведението на растежа на невроните въз основа на фемтосекундна лазерна двуфотонна технология за обработка. В сътрудничество с проф. Guo-Qiang Bi от Департамента по науки за живота и медицина и доц. Weiping Ding от Училището по информационни науки и технологии, те използваха фемтосекундна двуфотонна технология, за да подготвят масиви от шарени микропилари с различни разстояния и височини , и установи, че невронните аксони са склонни да растат върху изометрични микропилари и че невроните могат да бъдат насочвани към насочен растеж и невронни вериги чрез конструиране на редовете на микропиларите (Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094). Вдъхновена от аксоналната миелинизация, съвместната група проектира и подготви микротубулни структури с различни диаметри, дебелини на стените и дължини, за да имитират аксонална миелинизация, и установи, че микротубулните структури са в състояние да ускорят скоростта на растеж на невронните аксони (повече от 10 пъти). В допълнение, съвместната група разпраши магнитно тънък филм от никел и биосъвместим тънък филм от титан върху повърхността на микротубулите, които могат да се използват за прецизно свързване на неврони при манипулиране на външно магнитно поле за образуване на специфични биологични невронни вериги (Nano Lett., 2022, 22: 8991). Микро-наноструктурите са в състояние да реализират насочен растеж и ускорен растеж на неврони, което ще предостави методи и идеи за насочено свързване на изолирани нервни клъстери, изграждане на невронни мрежи и бързо възстановяване на нервни увреждания.
Фиг. Ефект на микро-нано структурата върху растежа на невроналния аксон: (а) невроналните аксони растат по една и съща височина на микро-стълбовете по насочен начин; (b) порести микротубули ускоряват растежа на невроналния аксон и могат да реализират насочена връзка на невроните.
Горната изследователска работа беше подкрепена от Националната природонаучна фондация на Китай, Ключовата програма за изследване и развитие на Министерството на науката и технологиите и Големия изследователски проект за наука и технологии на провинция Анхуей.
