Nedavno je grupa vanrednog profesora Li Jiawena u Laboratoriji za mikro i nano inženjerstvo Fakulteta inženjerskih nauka Univerziteta nauke i tehnologije Kine (USTC) predložila femtosekundnu lasersku dinamičku holografsku metodu obrade za efikasnu konstrukciju 3D kapilarnih skela, koja se može koristi se za generiranje 3D kapilarnih mreža. Rad je objavljen kao "Brza konstrukcija 3D biomimetičkih kapilarnih mreža sa složenom morfologijom korištenjem dinamičke holografske obrade Rad je objavljen u Advanced Functional Materials pod naslovom "Brza konstrukcija 3D biomimetičkih kapilarnih mreža sa složenom morfologijom korištenjem dinamičke holografske obrade" i odabrano kao naslovni rad časopisa, a srodna tehnologija je odobrena patentom.
Femtosekundna laserska dvofotonska polimerizacija ima nanorazmjernu rezoluciju obrade i mogućnost trodimenzionalne proizvodnje, ali tradicionalna strategija obrade za štampanje mikrovaskularnih mreža je neefikasna. Na osnovu prethodnog rada, grupa predlaže metodu lokalne fazne modulacije baziranu na Besselovom snopu u obliku prstena za generiranje prstenastog zarezenog svjetlosnog polja, i koristi brzo promjenjivu zarezanu svjetlost u obliku prstena za izlaganje unutar fotorezista, ostvarujući visokoefikasna obrada mreže bifurkiranih mikrotubula složenog oblika i bioničkih poroznih mikrotubula, a brzina obrade je preko 30 puta veća od one kod tradicionalne metode strojne obrade točka po tačku. Grupa je koristila poroznu mrežu mikrotubula kao skelu za usmjeravanje endotelnih stanica da rastu uza zid, realizujući konstrukciju složenih mikrovaskularnih mreža sa definiranom morfologijom, a ovaj rad će pružiti platformu za istraživački rad u oblastima tkivnog inženjeringa, skrininga lijekova. i vaskularnu fiziologiju. Bowen Song, student master studija, Shengying Fan, doktorand, i Chaowei Wang, postdoktorant, su prvi autori rada, a Jiawen Li je odgovarajući autor.
Slika Efikasna metoda konstrukcije mikrovaskularne mreže: (a) Šema dinamičke holografske efikasne obrade; (b) Bifurkirane mikrotubule; (c) Endotelne ćelije na površini mikrotubula
Posljednjih godina, grupa Jiawen Lija aktivno je istraživala primjenu tehnologije femtosekundne laserske obrade u biomedicinskom polju, te je postigla napredak u metodi pripreme mikro-nano robota. Mikro-nano roboti pokazuju velike izglede za primjenu u području biomedicine. U cilju realizacije pripreme velikog obima i kontrolisanog transporta mikrorobota u složenim okruženjima, grupa predlaže efikasnu metodu pripreme mikro-helikalnih robota koji reaguju na okruženje zasnovanu na rotaciono dinamičkom holografskom svetlosnom polju, koji može da obradi hiljade hidrogel mikro -helikalni roboti u roku od 0.5h. Robot ostvaruje inteligentnu adaptivnu deformaciju sopstvene morfologije pod regulacijom pH, što zauzvrat generiše višestruke modove kretanja koje pokreće magnetno polje i postiže ciljani transport lekova (ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023, 4: 29). Kako bi se riješio problem niskog magnetskog sadržaja i male pokretačke sile mikro-helikalnih robota, na koje je teško prevladati utjecaj brzine strujanja okoline, grupa je predložila proces koji se zasniva na dvofotonskoj polimerizaciji, formiranju i metodi sinteriranja za pripremu čiste spiralni mikroroboti od nikla, koji imaju magnetni sadržaj od oko 90 wt%, poboljšani magnetni moment pod rotirajućim magnetnim poljem male snage, sa maksimalnom brzinom od 12,5 dužina tijela u sekundi i sposobnošću pokretanja objekta 200 puta težeg od samog sebe i kontrolisanog kretanja u fluidu (Lab Chip, 2024, DOI: 10.1039/d3lc01084h).
Sl. Mikro-nano spiralni roboti: (a) efikasna priprema i svojstva reakcije okoline hidrogel mikro-nano robota; (b) mikro-nano metalni roboti mogu savladati efekat brzine protoka.
Osim toga, Jiawen Lijeva grupa istraživala je učinak mikro-nanostruktura na ponašanje neurona na rast baziran na femtosekundnoj laserskoj tehnologiji dvofotonske obrade. U saradnji sa profesorom Guo-Qiang Bijem sa Odseka za prirodne nauke i medicinu i vanrednim prof. Weipingom Dingom sa Fakulteta za informacione nauke i tehnologiju, koristili su femtosekundnu dvofotonsku tehnologiju za pripremu nizova mikrostubova sa uzorkom sa različitim razmacima i visinama , i otkrili da neuronski aksoni imaju tendenciju rasta na izometrijskim mikrostubovima, te da se neuroni mogu voditi ka usmjerenom rastu i neuronskim krugovima konstruiranjem redova mikrostubova (Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094). Inspirisana aksonalnom mijelinizacijom, zajednička grupa je dizajnirala i pripremila strukture mikrotubula različitih promjera, debljina stijenki i dužina kako bi oponašale aksonalnu mijelinizaciju i otkrila da su strukture mikrotubula mogle ubrzati brzinu rasta neuronskih aksona (više od 10 puta). Osim toga, zajednička grupa je magnetski raspršila magnetni tanki film nikla i biokompatibilni tanki film titanijuma na površinu mikrotubula, koji se može koristiti za precizno povezivanje neurona pod manipulacijom vanjskim magnetskim poljem kako bi se formirao specifični biološki neuronska kola (Nano Lett., 2022, 22: 8991). Mikronanostrukture su u stanju da realizuju usmereni rast i ubrzani rast neurona, što će dati metode i ideje za usmereno povezivanje izolovanih nervnih klastera, izgradnju neuronskih mreža i brzu popravku oštećenja nerava.
Slika Utjecaj mikro-nano strukture na rast neuronskih aksona: (a) neuronski aksoni rastu duž mikro-stubova iste visine na usmjereni način; (b) porozne mikrotubule ubrzavaju rast neuronskih aksona i mogu ostvariti usmjerenu vezu neurona.
Gore navedeni istraživački rad podržan je od strane Nacionalne fondacije za prirodne nauke Kine, Programa ključnih istraživanja i razvoja Ministarstva nauke i tehnologije i glavnog istraživačkog projekta provincije Anhui za nauku i tehnologiju.
