Baru-baru ini, kelompok Associate Professor Li Jiawen di Laboratorium Teknik Mikro dan Nano, Fakultas Sains Teknik, Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok (USTC) telah mengusulkan metode pemrosesan holografik dinamis laser femtosecond untuk konstruksi perancah kapiler 3D yang efisien, yang dapat digunakan untuk menghasilkan jaringan kapiler 3D. Karya tersebut diterbitkan sebagai "Konstruksi Cepat Jaringan Kapiler Biomimetik 3D dengan Morfologi Kompleks Menggunakan Pemrosesan Holografik Dinamis Karya tersebut diterbitkan dalam Bahan Fungsional Tingkat Lanjut dengan judul" Konstruksi Cepat Jaringan Kapiler Biomimetik 3D dengan Morfologi Kompleks Menggunakan Pemrosesan Holografik Dinamis" dan dulu dipilih sebagai kertas sampul jurnal, dan teknologi terkait diberi izin paten.
Polimerisasi dua foton laser Femtosecond memiliki resolusi pemrosesan skala nano dan kemampuan fabrikasi tiga dimensi, tetapi strategi pemrosesan tradisional untuk mencetak jaringan mikrovaskuler tidak efisien. Berdasarkan pekerjaan sebelumnya, kelompok tersebut mengusulkan metode modulasi fase lokal berdasarkan sinar Bessel berbentuk cincin untuk menghasilkan bidang cahaya berlekuk berbentuk cincin, dan memanfaatkan cahaya berbentuk cincin berlekuk yang berubah dengan cepat untuk mengekspos bagian dalam photoresist, menyadari pemesinan berefisiensi tinggi dari jaringan mikrotubulus bercabang bentuk kompleks dan mikrotubulus berpori bionik, dan kecepatan pemesinan lebih dari 30 kali lebih tinggi dibandingkan metode pemesinan titik demi titik tradisional. Kelompok ini menggunakan jaringan mikrotubulus berpori sebagai perancah untuk memandu sel-sel endotel agar tumbuh menempel pada dinding, mewujudkan pembangunan jaringan mikrovaskuler yang kompleks dengan morfologi yang dapat ditentukan, dan pekerjaan ini akan memberikan landasan untuk pekerjaan penelitian di bidang rekayasa jaringan, skrining obat. dan fisiologi vaskular. Bowen Song, seorang mahasiswa master, Shengying Fan, seorang mahasiswa doktoral, dan Chaowei Wang, seorang rekan pascadoktoral, adalah penulis pendamping pertama makalah ini, dan Jiawen Li adalah penulis koresponden.
Gambar Metode konstruksi jaringan mikrovaskuler yang efisien: (a) Skema pemrosesan efisien holografik dinamis; (b) Mikrotubulus bercabang dua; (c) Sel endotel pada permukaan mikrotubulus
Dalam beberapa tahun terakhir, kelompok Jiawen Li telah secara aktif mengeksplorasi penerapan teknologi pemrosesan laser femtosecond di bidang biomedis, dan telah membuat kemajuan dalam metode persiapan robot mikro-nano. Robot mikro-nano menunjukkan prospek penerapan yang bagus di bidang biomedis. Untuk mewujudkan persiapan volume besar dan pengangkutan robot mikro yang terkendali di lingkungan yang kompleks, kelompok ini mengusulkan metode persiapan robot mikroheliks yang responsif terhadap lingkungan secara efisien berdasarkan bidang cahaya holografik dinamis rotasi, yang dapat memproses ribuan mikrohidrogel. -robot heliks dalam waktu 0,5 jam. Robot mewujudkan deformasi adaptif cerdas dari morfologinya sendiri di bawah regulasi pH, yang pada gilirannya menghasilkan beberapa mode gerakan yang didorong oleh medan magnet, dan mencapai transportasi obat yang ditargetkan (ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023, 4: 29). Untuk mengatasi masalah kandungan magnet yang rendah dan gaya penggerak yang kecil pada robot mikroheliks, yang sulit untuk mengatasi pengaruh kecepatan aliran lingkungan, kelompok tersebut mengusulkan proses berdasarkan pembentukan polimerisasi dua foton dan metode sintering untuk menyiapkan bahan murni. robot mikro heliks nikel, yang memiliki kandungan magnet sekitar 90% berat, torsi magnet yang ditingkatkan di bawah medan magnet berputar berkekuatan rendah, dengan kecepatan maksimum 12,5 panjang tubuh per detik dan kemampuan untuk mendorong benda 200 kali lebih berat dari itu sendiri, dan untuk mengendalikan gerakan dalam fluida (Lab Chip, 2024, DOI: 10.1039/d3lc01084h).
Gambar. Robot spiral mikro-nano: (a) persiapan yang efisien dan sifat respons lingkungan dari robot mikro-nano hidrogel; (b) robot logam mikro-nano dapat mengatasi pengaruh kecepatan aliran.
Selain itu, kelompok Jiawen Li mengeksplorasi pengaruh struktur mikro-nano pada perilaku pertumbuhan saraf berdasarkan teknologi pemrosesan dua foton laser femtosecond. Weiping Ding dari Fakultas Sains dan Teknologi Informasi, mereka menggunakan teknologi dua foton femtosecond untuk menyiapkan susunan mikropilar berpola dengan jarak dan ketinggian berbeda. , dan menemukan bahwa akson saraf cenderung tumbuh pada mikropilar isometrik, dan bahwa neuron dapat dipandu ke pertumbuhan terarah dan sirkuit saraf dengan membangun baris mikropilar (Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094). Terinspirasi oleh mielinisasi aksonal, kelompok gabungan merancang dan menyiapkan struktur mikrotubulus dengan diameter, ketebalan dinding, dan panjang berbeda untuk meniru mielinisasi aksonal, dan menemukan bahwa struktur mikrotubulus mampu mempercepat laju pertumbuhan akson saraf (lebih dari 10 kali lipat). Selain itu, kelompok gabungan tersebut secara magnetis menyemprotkan lapisan tipis magnetik nikel dan lapisan tipis titanium biokompatibel pada permukaan mikrotubulus, yang dapat digunakan untuk koneksi neuron yang tepat di bawah manipulasi medan magnet eksternal untuk membentuk biologis tertentu. sirkuit saraf (Nano Lett., 2022, 22: 8991). Struktur mikro-nano mampu mewujudkan pertumbuhan terarah dan percepatan pertumbuhan neuron, yang akan memberikan metode dan ide untuk koneksi terarah dari kelompok saraf yang terisolasi, pembangunan jaringan saraf, dan perbaikan kerusakan saraf dengan cepat.
Gambar. Pengaruh struktur mikro-nano terhadap pertumbuhan akson saraf: (a) akson saraf tumbuh sepanjang pilar mikro dengan ketinggian yang sama secara terarah; (b) mikrotubulus berpori mempercepat pertumbuhan akson saraf dan dapat mewujudkan koneksi terarah neuron.
Pekerjaan penelitian di atas didukung oleh Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional Tiongkok, Program Penelitian dan Pengembangan Utama Kementerian Sains dan Teknologi, dan Proyek Penelitian Besar Sains dan Teknologi Provinsi Anhui.
