Напредак у биомедицинској примени технологије фемтосекундне ласерске обраде на Универзитету науке и технологије Кине (УСТЦ)

Сврха ткивног инжењеринга је конструисање ткива и органа са физиолошким функцијама за поправку болести и дефеката у људском телу. Само производи за инжењеринг коже, хрскавице и коштаног ткива су коришћени у клиничким применама јер ткива конструисана ин витро немају компатибилан систем снабдевања крвљу. Научници су успешно штампали вештачка срца, јетру, плућа, бубреге и друга ткива и органе, али је штампање вештачких микроваскуларних мрежа, посебно капиларних мрежа (пречник цеви од 6 до 9 μм), увек представљало тежак проблем и уско грло у ткивном инжењерству. .
Недавно је група ванредног професора Јиавен Лиа у Лабораторији за микро и нано инжењерство, Факултет техничких наука Универзитета науке и технологије Кине (УСТЦ) предложила фемтосекундни ласерски динамички холографски метод обраде погодан за ефикасну конструкцију 3Д капиларних скела за генерисање 3Д капиларних мрежа. Рад је објављен као „Брза конструкција 3Д биомиметичких капиларних мрежа са сложеном морфологијом коришћењем динамичке холографске обраде Рад је објављен у Адванцед Фунцтионал Материалс под насловом „Брза конструкција 3Д биомиметичких капиларних мрежа са сложеном морфологијом коришћењем динамичке холографске обраде“ и био је изабран као насловни рад часописа, а сродна технологија је патентом одобрена.
Фемтосекундна ласерска двофотонска полимеризација има резолуцију обраде у наноразмери и могућност тродимензионалне производње, али традиционална стратегија обраде за штампање микроваскуларних мрежа је неефикасна. На основу претходног рада, група предлаже методу локалне фазне модулације засновану на Беселовом снопу у облику прстена за генерисање урезана светлосног поља у облику прстена, и користи брзо променљиво зарезано светло прстена за излагање унутар фотоотпорника како би се постигао ефикасан обрада мрежа бифуркираних микротубула сложеног облика и бионичких порозних микротубула, а брзина обраде је преко 30 пута већа од оне код традиционалне методе обраде тачка по тачку. Група је користила порозну мрежу микротубула као скелу за усмеравање ендотелних ћелија да расту уз зид, реализујући изградњу сложених микроваскуларних мрежа са дефинисаном морфологијом, а овај рад ће обезбедити платформу за истраживачки рад у областима ткивног инжењеринга, скрининга лекова. и васкуларна физиологија. Бовен Сонг, студент мастер студија, Схенгиинг Фан, студент докторских студија, и Цхаовеи Ванг, постдокторант, су коаутори рада, а Јиавен Ли је одговарајући аутор.
Последњих година Лијева група активно истражује примену технологије фемтосекундне ласерске обраде у биомедицинској области и напредовала је у методи припреме микро-нано робота. Микро-нано роботи показују велике изгледе за примену у биомедицинској области. У циљу реализације припреме великог обима и контролисаног транспорта микроробота у сложеним окружењима, група предлаже ефикасну методу припреме микро-хеликалних робота који реагују на окружење засновану на ротационо динамичком холографском светлосном пољу, који може да обради хиљаде хидрогел микро -хеликални роботи у року од 0.5х. Робот реализује интелигентну адаптивну деформацију сопствене морфологије под регулацијом пХ, а затим се јављају различити модови кретања под погоном магнетног поља, реализујући транспорт лекова у фиксној тачки. Да би се решио проблем ниског магнетног садржаја микро-хеликалних робота, покретачка сила је мала, тешко је превазићи утицај брзине протока околине, група предлаже двофотонску полимеризацију формирања и методе синтеровања засновану на процесу за припрему спиралног микроробота од чистог никла, магнетни садржај спиралних робота од око 90 теж%, у ротирајућем магнетном пољу ниског интензитета повећава магнетни обртни момент, максималну брзину до 12,5 дужина тела у секунди и може да покрене тежине предмета од сопствене 200 пута, а у Магнетски обртни момент је појачан ротирајућим магнетним пољем мале снаге.
Поред тога, група Јиавен Ли-а је истраживала ефекте микро-нано структура на понашање раста неурона на основу фемтосекундне ласерске обраде са два фотона. У сарадњи са професором Гуо-Кианг Би са Одсека за природне науке и медицину и ванредним проф. Веипингом Дингом са Факултета за информационе науке и технологију, припремили су низове микростубова са узорцима са различитим размацима и висинама користећи фемтосекундну двофотонску технологију, и открили да неуронски аксони имају тенденцију да расту на изометријским микростубовима, и да су били у стању да усмеравају усмерени раст неурона и формирање неуронских кола конструисањем редова микростубова. Инспирисана аксоналном мијелинизацијом, заједничка група је симулирала аксоналну мијелинизацију дизајнирајући и припремајући структуре микротубула различитих пречника, дебљина зидова и дужина, и открила да су структуре микротубула биле у стању да убрзају брзину раста неуронских аксона (више од 10 пута). Поред тога, заједничка група је магнетно распршила магнетни танак филм никла и биокомпатибилни танки филм од титанијума на површини микротубула, који се може користити за прецизно повезивање неурона под манипулацијом спољашњег магнетног поља како би се формирало специфично биолошко неуронско коло. Микронаноструктуре су способне за усмерен и убрзан раст неурона, што ће обезбедити методе и идеје за усмерено повезивање изолованих нервних кластера, изградњу неуронске мреже и брзу поправку оштећења нерава.