Recentment, el grup del professor associat Li Jiawen al Laboratori d'Enginyeria Micro i Nano, Escola de Ciències de l'Enginyeria, Universitat de Ciència i Tecnologia de la Xina (USTC) ha proposat un mètode de processament hologràfic dinàmic làser de femtosegons per a la construcció eficient de bastides capil·lars en 3D, que pot ser s'utilitza per generar xarxes capil·lars 3D. El treball es va publicar com a "Rapid Construction of 3D Biomimetic Capillary Networks with Complex Morphology Using Dynamic Holographic Processing". El treball es va publicar a Advanced Functional Materials sota el títol "Rapid Construction of 3D Biomimetic Capillary Networks with Complex Morphology Using Dynamic Holographic Processing" seleccionat com a document de portada de la revista, i la tecnologia relacionada va ser autoritzada per una patent.
La polimerització làser de dos fotons de femtosegon té una resolució de processament a nanoescala i una capacitat de fabricació tridimensional, però l'estratègia de processament tradicional per imprimir xarxes microvasculars és ineficient. A partir del treball anterior, el grup proposa un mètode de modulació de fase local basat en el feix de Bessel en forma d'anell per generar un camp de llum en forma d'anell i utilitza la llum en forma d'anell de canvi ràpid per exposar a l'interior de la fotoresist, adonant-se el mecanitzat d'alta eficiència de la xarxa de microtúbuls bifurcats de forma complexa i els microtúbuls porosos biònics, i la velocitat de mecanitzat és més de 30 vegades superior a la del mètode tradicional de mecanitzat punt per punt. El grup va utilitzar la xarxa de microtúbuls porosos com a bastida per guiar les cèl·lules endotelials per créixer contra la paret, realitzant la construcció de xarxes microvasculars complexes amb morfologia definible, i aquest treball proporcionarà una plataforma per a treballs de recerca en els camps de l'enginyeria de teixits, el cribratge de fàrmacs. i fisiologia vascular. Bowen Song, estudiant de màster, Shengying Fan, estudiant de doctorat, i Chaowei Wang, becari postdoctoral, són els coautors primers de l'article, i Jiawen Li és l'autor corresponent.
Figura Mètode de construcció eficient de la xarxa microvascular: (a) Esquema del processament eficient hologràfic dinàmic; (b) Microtúbuls bifurcats; (c) Cèl·lules endotelials a la superfície dels microtúbuls
En els darrers anys, el grup de Jiawen Li ha explorat activament l'aplicació de la tecnologia de processament làser femtosegon en el camp biomèdic i ha avançat en el mètode de preparació de micro-nano robots. Els micro-nano robots mostren grans perspectives d'aplicació en el camp de la biomedicina. Per tal de realitzar la preparació de grans volums i el transport controlable de micro-robots en entorns complexos, el grup proposa un mètode eficient de preparació de robots micro-helicoïdals sensibles al medi ambient basat en un camp de llum hologràfic dinàmic de rotació, que pot processar milers de micro-hidrogels. -robots helicoïdals en 0.5h. El robot realitza una deformació adaptativa intel·ligent de la seva pròpia morfologia sota la regulació del pH, que al seu torn genera múltiples modes de moviment impulsats per un camp magnètic i aconsegueix un transport de fàrmacs dirigit (ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023, 4: 29). Per tal de resoldre el problema del baix contingut magnètic i la petita força motriu dels robots microhelicoïdals, que són difícils de superar l'efecte de la velocitat del flux ambiental, el grup va proposar un procés basat en el mètode de formació i sinterització de polimerització de dos fotons per preparar purs. Els micro-robots helicoïdals de níquel, que tenen un contingut magnètic d'uns 90% en pes, milloren el parell magnètic sota un camp magnètic giratori de baixa intensitat, amb una velocitat màxima de 12,5 longituds de cos per segon i la capacitat de propulsar un objecte 200 vegades més pesat que mateix, i al moviment controlat en un fluid (Lab Chip, 2024, DOI: 10.1039/d3lc01084h).
Fig. Micro-nano-robots espirals: (a) preparació eficient i propietats de resposta ambiental dels micro-nano-robots d'hidrogel; (b) Els robots de micro-nano metall poden superar l'efecte de la velocitat del flux.
A més, el grup de Jiawen Li va explorar l'efecte de les micro-nanoestructures sobre el comportament del creixement neuronal basat en la tecnologia de processament de dos fotons amb làser femtosegon. En col·laboració amb el professor Guo-Qiang Bi del Departament de Ciències de la Vida i Medicina i el professor associat Weiping Ding de l'Escola de Ciència i Tecnologia de la Informació, van utilitzar la tecnologia de dos fotons de femtosegons per preparar matrius de micropilars estampats amb diferents espais i alçades. , i va trobar que els axons neuronals tendien a créixer en micropilars isomètrics i que les neurones es podien guiar cap al creixement direccional i els circuits neuronals mitjançant la construcció de les files de micropilars (Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094). Inspirat per la mielinització axonal, el grup conjunt va dissenyar i preparar estructures de microtúbuls amb diferents diàmetres, gruixos de paret i longituds per imitar la mielinització axonal, i va trobar que les estructures de microtúbuls eren capaços d'accelerar la taxa de creixement dels axons neuronals (més de 10 vegades). A més, el grup conjunt va escampar magnèticament una pel·lícula fina magnètica de níquel i una pel·lícula prima biocompatible de titani a la superfície dels microtúbuls, que es pot utilitzar per a la connexió precisa de les neurones sota la manipulació d'un camp magnètic extern per formar un camp biològic específic. circuits neuronals (Nano Lett., 2022, 22: 8991). Les micro-nanoestructures són capaces de realitzar el creixement direccional i el creixement accelerat de les neurones, que proporcionaran mètodes i idees per a la connexió direccional de grups nerviosos aïllats, la construcció de xarxes neuronals i la reparació ràpida del dany nerviós.
Fig. Efecte de l'estructura micro-nano en el creixement dels axons neuronals: (a) els axons neuronals creixen al llarg de micro-pilars de la mateixa alçada de manera direccional; (b) els microtúbuls porosos acceleren el creixement dels axons neuronals i poden realitzar la connexió direccional de les neurones.
El treball de recerca anterior va comptar amb el suport de la Fundació Nacional de Ciències Naturals de la Xina, el Programa Clau d'Investigació i Desenvolupament del Ministeri de Ciència i Tecnologia i el Projecte d'Investigació Principal de Ciència i Tecnologia Provincial d'Anhui.
