Son zamanlarda, Doçent Li Jiawen'in Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (USTC) Mühendislik Bilimleri Okulu, Mikro ve Nano Mühendislik Laboratuvarı'ndaki grubu, 3D kılcal iskelelerin verimli inşası için bir femtosaniye lazer dinamik holografik işleme yöntemi önerdi. 3 boyutlu kılcal ağlar oluşturmak için kullanılır. Çalışma, "Dinamik Holografik İşleme Kullanılarak Karmaşık Morfolojiye Sahip 3D Biyomimetik Kılcal Ağların Hızlı Oluşturulması" adıyla yayınlandı. Çalışma, Advanced Functional Materials dergisinde "Dinamik Holografik İşleme Kullanarak Kompleks Morfolojiye Sahip 3D Biyomimetik Kılcal Ağların Hızlı Oluşturulması" başlığı altında yayınlandı ve derginin kapak sayfası olarak seçilmiş ve ilgili teknoloji patent ile yetkilendirilmiştir.
Femtosaniye lazer iki foton polimerizasyonu, nano ölçekli işleme çözünürlüğüne ve üç boyutlu üretim kapasitesine sahiptir, ancak mikrovasküler ağları basmak için geleneksel işleme stratejisi verimsizdir. Önceki çalışmaya dayanarak grup, halka şeklinde bir çentikli ışık alanı oluşturmak için halka şeklindeki Bessel ışınını temel alan bir yerel faz modülasyon yöntemi öneriyor ve fotorezistin içinde açığa çıkarmak için hızlı değişen çentikli halka şeklindeki ışığı kullanarak şunu gerçekleştiriyor: karmaşık şekilli çatallı mikrotübül ağının ve biyonik gözenekli mikrotübüllerin yüksek verimli işlenmesi ve işleme hızı, geleneksel noktadan noktaya işleme yönteminden 30 kat daha yüksektir. Grup, endotel hücrelerinin duvara karşı büyümesine rehberlik etmek için gözenekli mikrotübül ağını bir iskele olarak kullandı, tanımlanabilir morfolojiye sahip karmaşık mikrovasküler ağların inşasını gerçekleştirdi ve bu çalışma, doku mühendisliği, ilaç taraması alanlarında araştırma çalışmaları için bir platform sağlayacak. ve damar fizyolojisi. Yüksek lisans öğrencisi Bowen Song, doktora öğrencisi Shengying Fan ve doktora sonrası araştırmacı Chaowei Wang, makalenin ortak yazarları ve Jiawen Li ise ilgili yazardır.
Şekil Mikrovasküler ağın verimli yapım yöntemi: (a) Dinamik holografik verimli işlemenin şeması; (b) Çatallı mikrotübüller; (c) Mikrotübüllerin yüzeyindeki endotel hücreleri
Son yıllarda Jiawen Li'nin grubu, femtosaniye lazer işleme teknolojisinin biyomedikal alanda uygulanmasını aktif olarak araştırdı ve mikro nano robotların hazırlama yönteminde ilerleme kaydetti. Mikro-nano robotlar biyotıp alanında büyük uygulama olanakları sunmaktadır. Karmaşık ortamlarda mikro robotların büyük hacimli hazırlanmasını ve kontrol edilebilir taşınmasını gerçekleştirmek için grup, binlerce hidrojel mikronu işleyebilen, rotasyonel dinamik holografik ışık alanına dayalı, çevreye duyarlı mikro sarmal robotların etkili bir hazırlama yöntemini önermektedir. -sarmal robotlar 0,5 saat içinde. Robot, pH düzenlemesi altında kendi morfolojisinin akıllı uyarlanabilir deformasyonunu gerçekleştirir, bu da manyetik alan tarafından yönlendirilen birden fazla hareket modu oluşturur ve hedeflenen ilaç taşınmasını gerçekleştirir (ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023, 4: 29). Çevresel akış hızının etkisinin üstesinden gelmesi zor olan mikro sarmal robotların düşük manyetik içeriği ve küçük itici gücü sorununu çözmek için grup, saf hazırlamak için iki fotonlu polimerizasyon oluşturma ve sinterleme yöntemine dayalı bir işlem önerdi. Ağırlıkça yaklaşık %90 manyetik içeriğe sahip olan nikel sarmal mikro robotlar, saniyede 12,5 gövde uzunluğunda maksimum hıza ve nesnelerden 200 kat daha ağır bir nesneyi itme yeteneğine sahip, düşük güçlü dönen bir manyetik alan altında manyetik torku arttırdı. kendisi ve bir sıvının içindeki kontrollü harekettir (Lab Chip, 2024, DOI: 10.1039/d3lc01084h).
Şekil. Mikro-nano spiral robotlar: (a) hidrojel mikro-nano robotların verimli hazırlık ve çevresel tepki özellikleri; (b) mikro-nano metal robotlar akış hızının etkisinin üstesinden gelebilir.
Buna ek olarak Jiawen Li'nin grubu, femtosaniye lazer iki foton işleme teknolojisine dayalı olarak mikro nanoyapıların nöronal büyüme davranışı üzerindeki etkisini araştırdı. Yaşam Bilimleri ve Tıp Bölümü'nden Prof. Guo-Qiang Bi ve Bilgi Bilimi ve Teknoloji Okulu'ndan Doç. Weiping Ding ile işbirliği içinde, farklı aralık ve yüksekliklere sahip desenli mikro sütun dizileri hazırlamak için femtosaniye iki foton teknolojisini kullandılar. ve nöron aksonlarının izometrik mikro sütunlar üzerinde büyüme eğiliminde olduğunu ve nöronların mikrop sütun sıraları oluşturarak yönlü büyümeye ve sinir devrelerine yönlendirilebileceğini buldu (Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094). Aksonal miyelinasyondan ilham alan eklem grubu, aksonal miyelinasyonu taklit edecek şekilde farklı çap, duvar kalınlığı ve uzunluklara sahip mikrotübül yapıları tasarlayıp hazırladı ve mikrotübül yapılarının nöronal aksonların büyüme hızını (10 kattan fazla) hızlandırabildiğini buldu. Buna ek olarak, eklem grubu, mikrotübüllerin yüzeyine manyetik olarak ince bir nikel filmi ve biyouyumlu bir ince titanyum filmi püskürttü; bu, belirli bir biyolojik oluşturmak için harici bir manyetik alanın manipülasyonu altında nöronların hassas bağlantısı için kullanılabilir. sinir devreleri (Nano Lett., 2022, 22: 8991). Mikro nanoyapılar, nöronların yönlü büyümesini ve hızlandırılmış büyümesini gerçekleştirebilir; bu, izole edilmiş sinir kümelerinin yönlü bağlantısı, sinir ağlarının inşası ve sinir hasarının hızlı onarımı için yöntemler ve fikirler sağlayacaktır.
Şekil. Mikro-nano yapının nöronal akson büyümesi üzerindeki etkisi: (a) nöronal aksonlar aynı yükseklikteki mikro sütunlar boyunca yönlü bir şekilde büyür; (b) gözenekli mikrotübüller nöronal akson büyümesini hızlandırır ve nöronların yönlü bağlantısını gerçekleştirebilir.
Yukarıdaki araştırma çalışması Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Bilim ve Teknoloji Bakanlığının Temel Araştırma ve Geliştirme Programı ve Anhui Eyaleti Bilim ve Teknoloji Büyük Araştırma Projesi tarafından desteklenmiştir.
