Recientemente, el grupo del profesor asociado Li Jiawen en el Laboratorio de Micro y Nano Ingeniería de la Facultad de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) ha propuesto un método de procesamiento holográfico dinámico con láser de femtosegundo para la construcción eficiente de andamios capilares 3D, que pueden ser Se utiliza para generar redes capilares 3D. El trabajo fue publicado como "Construcción rápida de redes capilares biomiméticas 3D con morfología compleja usando procesamiento holográfico dinámico". El trabajo fue publicado en Advanced Functional Materials bajo el título "Construcción rápida de redes capilares biomiméticas 3D con morfología compleja usando procesamiento holográfico dinámico" y fue Se seleccionó como artículo de portada de la revista y la tecnología relacionada fue autorizada mediante una patente.
La polimerización de dos fotones con láser de femtosegundo tiene una resolución de procesamiento a nanoescala y capacidad de fabricación tridimensional, pero la estrategia de procesamiento tradicional para imprimir redes microvasculares es ineficiente. Basado en el trabajo anterior, el grupo propone un método de modulación de fase local basado en el haz de Bessel en forma de anillo para generar un campo de luz con muescas en forma de anillo, y utiliza la luz con forma de anillo con muescas que cambia rápidamente para exponer el interior del fotorresistente, realizando el mecanizado de alta eficiencia de la red de microtúbulos bifurcados de forma compleja y los microtúbulos porosos biónicos, y la velocidad de mecanizado es más de 30 veces mayor que la del método tradicional de mecanizado punto por punto. El grupo utilizó la red de microtúbulos porosos como andamio para guiar a las células endoteliales a crecer contra la pared, logrando la construcción de redes microvasculares complejas con morfología definible, y este trabajo proporcionará una plataforma para trabajos de investigación en los campos de ingeniería de tejidos y detección de fármacos. y fisiología vascular. Bowen Song, estudiante de maestría, Shengying Fan, estudiante de doctorado, y Chaowei Wang, becario postdoctoral, son los coautores del artículo, y Jiawen Li es el autor correspondiente.
Figura Método de construcción eficiente de una red microvascular: (a) Esquema de procesamiento holográfico dinámico eficiente; (b) microtúbulos bifurcados; (c) Células endoteliales en la superficie de los microtúbulos.
En los últimos años, el grupo de Jiawen Li ha explorado activamente la aplicación de la tecnología de procesamiento con láser de femtosegundo en el campo biomédico y ha avanzado en el método de preparación de micro-nano robots. Los micronanorobots muestran grandes perspectivas de aplicación en el campo de la biomedicina. Para lograr la preparación de grandes volúmenes y el transporte controlable de microrobots en entornos complejos, el grupo propone un método de preparación eficiente de robots microhelicoidales sensibles al entorno basado en un campo de luz holográfico rotacionalmente dinámico, que puede procesar miles de microrobots de hidrogel. -robots helicoidales en 0.5h. El robot realiza una deformación adaptativa inteligente de su propia morfología bajo la regulación del pH, lo que a su vez genera múltiples modos de movimiento impulsados por un campo magnético y logra el transporte de fármacos dirigido (ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023, 4: 29). Para resolver el problema del bajo contenido magnético y la pequeña fuerza motriz de los robots microhelicoidales, que son difíciles de superar el efecto de la velocidad del flujo ambiental, el grupo propuso un proceso basado en el método de sinterización y formación de polimerización de dos fotones para preparar puro. Microrobots helicoidales de níquel, que tienen un contenido magnético de aproximadamente el 90% en peso, un par magnético mejorado bajo un campo magnético giratorio de baja intensidad, con una velocidad máxima de 12,5 longitudes de cuerpo por segundo y la capacidad de propulsar un objeto 200 veces más pesado que en sí mismo y al movimiento controlado en un fluido (Lab Chip, 2024, DOI: 10.1039/d3lc01084h).
Fig. Micro-nanorobots espirales: (a) preparación eficiente y propiedades de respuesta ambiental de micro-nanorobots de hidrogel; (b) los robots micronanometálicos pueden superar el efecto de la velocidad del flujo.
Además, el grupo de Jiawen Li exploró el efecto de las micronanoestructuras en el comportamiento del crecimiento neuronal basándose en la tecnología de procesamiento de dos fotones con láser de femtosegundo. En colaboración con el Prof. Guo-Qiang Bi del Departamento de Ciencias de la Vida y Medicina y el Prof. Asociado Weiping Ding de la Escuela de Ciencia y Tecnología de la Información, utilizaron tecnología de dos fotones de femtosegundos para preparar conjuntos de micropilares estampados con diferentes espacios y alturas. , y descubrió que los axones neuronales tendían a crecer en micropilares isométricos, y que las neuronas podían guiarse hacia un crecimiento direccional y circuitos neuronales mediante la construcción de filas de micropilares (Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094). Inspirándose en la mielinización axonal, el grupo conjunto diseñó y preparó estructuras de microtúbulos con diferentes diámetros, espesores de pared y longitudes para imitar la mielinización axonal, y descubrió que las estructuras de microtúbulos podían acelerar la tasa de crecimiento de los axones neuronales (más de 10 veces). Además, el grupo de unión pulveriza magnéticamente una fina película magnética de níquel y una fina película biocompatible de titanio sobre la superficie de los microtúbulos, que pueden utilizarse para la conexión precisa de neuronas bajo la manipulación de un campo magnético externo para formar componentes biológicos específicos. circuitos neuronales (Nano Lett., 2022, 22: 8991). Las micronanoestructuras son capaces de realizar el crecimiento direccional y el crecimiento acelerado de las neuronas, lo que proporcionará métodos e ideas para la conexión direccional de grupos de nervios aislados, la construcción de redes neuronales y la reparación rápida del daño nervioso.
Fig. Efecto de la micronanoestructura sobre el crecimiento de los axones neuronales: (a) los axones neuronales crecen a lo largo de los micropilares de la misma altura de manera direccional; (b) los microtúbulos porosos aceleran el crecimiento de los axones neuronales y pueden realizar una conexión direccional de las neuronas.
El trabajo de investigación anterior fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el Programa Clave de Investigación y Desarrollo del Ministerio de Ciencia y Tecnología y el Proyecto Principal de Investigación de Ciencia y Tecnología de la Provincia de Anhui.
