Progress femtosekundes lāzera apstrādes tehnoloģijas biomedicīnas lietojumos Ķīnas Zinātnes un tehnoloģiju universitātē (USTC)

Audu inženierijas mērķis ir konstruēt audus un orgānus ar fizioloģiskām funkcijām, lai labotu slimības un defektus cilvēka organismā. Klīniskajos lietojumos ir izmantoti tikai ādas, skrimšļu un kaulu audu inženierijas produkti, jo in vitro konstruētiem audiem trūkst saderīgas asins apgādes sistēmas. Zinātnieki ir veiksmīgi izdrukājuši mākslīgās sirdis, aknas, plaušas, nieres un citus audus un orgānus, bet mākslīgo mikrovaskulāro tīklu, īpaši kapilāru tīklu (caurules diametrs no 6 līdz 9 μm), drukāšana vienmēr ir bijusi sarežģīta problēma un vājais kakls audu inženierijā. .
Nesen asociētā prof. Dzjavena Li grupa Ķīnas Zinātnes un tehnoloģijas universitātes Inženierzinātņu skolas Mikro un nanoinženierzinātņu laboratorijā ir ierosinājusi femtosekundes lāzera dinamiskās hologrāfiskās apstrādes metodi, kas piemērota efektīvai 3D kapilāru sastatņu konstrukcijai. 3D kapilāru tīklu ģenerēšana. Darbs tika publicēts kā "Ātra 3D biomimētisko kapilāru tīklu ar sarežģītu morfoloģiju veidošana, izmantojot dinamisku hologrāfisko apstrādi. Darbs tika publicēts Advanced Functional Materials ar nosaukumu "Ātra 3D biomimētisko kapilāru tīklu ar sarežģītu morfoloģiju izveidošana, izmantojot dinamisko hologrāfisko apstrādi" un tika tika izvēlēts kā žurnāla titulpapīrs, un saistītā tehnoloģija tika atļauta ar patentu.
Femtosekundes lāzera divu fotonu polimerizācijai ir nanomēroga apstrādes izšķirtspēja un trīsdimensiju izgatavošanas iespējas, taču tradicionālā apstrādes stratēģija mikrovaskulāro tīklu drukāšanai ir neefektīva. Pamatojoties uz iepriekšējo darbu, grupa ierosina lokālās fāzes modulācijas metodi, kuras pamatā ir gredzenveida Besela stars, lai radītu gredzenveida robainu gaismas lauku, un izmanto ātri mainīgo robaino gredzena gaismu, lai eksponētu fotorezista iekšpusē, lai realizētu efektivitāti. sarežģītas formas bifurkētu mikrotubulu tīklu un bionisku porainu mikrotubulu apstrāde, un apstrādes ātrums ir vairāk nekā 30 reizes lielāks nekā tradicionālajai apstrādes metodei. Grupa izmantoja poraino mikrotubulu tīklu kā sastatnes, lai virzītu endotēlija šūnas augt pret sienu, realizējot sarežģītu mikrovaskulāru tīklu izbūvi ar nosakāmu morfoloģiju, un šis darbs nodrošinās platformu pētniecības darbam audu inženierijas, zāļu skrīninga jomās. un asinsvadu fizioloģija. Maģistrantūras students Bovens Songs, doktorants Šengjins Fans un pēcdoktorantūras students Čaove Vans ir darba līdzautori, un Dzjavens Li ir atbilstošais autors.
Pēdējos gados Li grupa ir aktīvi pētījusi femtosekundes lāzera apstrādes tehnoloģijas pielietojumu biomedicīnas jomā un ir panākusi progresu mikro-nano robotu sagatavošanas metodē. Mikronano robotiem ir lielas pielietojuma perspektīvas biomedicīnas jomā. Lai realizētu liela apjoma mikrorobotu sagatavošanu un vadāmu transportēšanu sarežģītās vidēs, grupa piedāvā efektīvu uz vidi reaģējošu mikrospirālveida robotu sagatavošanas metodi, kuras pamatā ir rotācijas dinamisks hologrāfisks gaismas lauks, kas spēj apstrādāt tūkstošiem hidrogēla mikroelementu. -spirālveida roboti 0.5h laikā. Robots realizē savas morfoloģijas viedo adaptīvo deformāciju pH regulēšanā, un pēc tam magnētiskā lauka iedarbībā notiek dažādi kustības režīmi, realizējot zāļu transportēšanu fiksētā punktā. Lai atrisinātu mikrospirālveida robotu zemā magnētiskā satura problēmu, dzinējspēks ir mazs, ir grūti pārvarēt vides plūsmas ātruma ietekmi, grupa piedāvā divu fotonu polimerizācijas formēšanas un saķepināšanas metodi, kuras pamatā ir process. Gatavojot tīra niķeļa spirālveida mikrorobotu, spirālveida robota magnētiskais saturs ir aptuveni 90 masas%, zemas intensitātes rotējošā magnētiskajā laukā palielina magnētisko griezes momentu, maksimālo ātrumu līdz 12,5 ķermeņa garumiem sekundē un var virzīt uz priekšu objekta svars pārsniedz savu 200 reižu, un magnētisko griezes momentu pastiprina zemas stiprības rotējošs magnētiskais lauks.
Turklāt Jiawen Li grupa pētīja mikronano struktūru ietekmi uz neironu augšanas uzvedību, pamatojoties uz femtosekundes lāzera divu fotonu apstrādi. Sadarbībā ar Dzīvības zinātņu un medicīnas katedras prof. Guo-Qiang Bi un Informācijas zinātnes un tehnoloģijas skolas asociēto prof. Veipingu Dingu viņi sagatavoja rakstainu mikropīlāru masīvus ar atšķirīgu atstarpi un augstumu, izmantojot femtosekundes divu fotonu tehnoloģiju, un atklāja, ka neironu aksoniem bija tendence augt uz izometriskiem mikropīlāriem un ka tie varēja vadīt neironu virziena augšanu un neironu ķēžu veidošanos, veidojot mikropīlāru rindas. Iedvesmojoties no aksonu mielinizācijas, locītavu grupa simulēja aksonu mielinizāciju, projektējot un sagatavojot mikrotubulu struktūras ar dažādu diametru, sieniņu biezumu un garumu, un konstatēja, ka mikrotubulu struktūras spēj paātrināt neironu aksonu augšanas ātrumu (vairāk nekā 10 reizes). Turklāt apvienotā grupa magnētiski izsmidzināja magnētisku plānu niķeļa kārtiņu un bioloģiski saderīgu plānu titāna kārtiņu uz mikrotubulu virsmas, ko var izmantot precīzai neironu savienošanai, manipulējot ar ārēju magnētisko lauku, veidojot specifisku. bioloģiskā nervu ķēde. Mikronanostruktūras spēj virzīt un paātrināt neironu augšanu, kas sniegs metodes un idejas izolētu nervu kopu virziena savienošanai, neironu tīklu veidošanai un nervu bojājumu ātrai labošanai.