Недавно је група ванредног професора Ли Јиавена у Лабораторији за микро и нано инжењерство Факултета инжењерских наука Универзитета науке и технологије Кине (УСТЦ) предложила фемтосекундни ласерски динамички холографски метод обраде за ефикасну конструкцију 3Д капиларних скела, који се могу користи се 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 прстенастог зарезаног светлосног поља, и користи брзо променљиво зарезано светло у облику прстена за излагање унутар фоторезиста, схватајући високоефикасна обрада мреже бифуркираних микротубула сложеног облика и бионичких порозних микротубула, а брзина обраде је преко 30 пута већа од оне код традиционалне методе машинске 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.
Слика Ефикасна метода конструкције микроваскуларне мреже: (а) Шема динамичке холографске ефикасне обраде; (б) Бифуркиране микротубуле; (ц) Ендотелне ћелије на површини микротубула
Последњих година, група Јиавен Ли-а је активно истраживала примену технологије фемтосекундне ласерске обраде у биомедицинској области и напредовала у методи припреме микро-нано робота. Микро-нано роботи показују велике изгледе за примену у области биомедицине. 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 остварује интелигентну адаптивну деформацију сопствене морфологије под регулацијом пХ, што заузврат генерише вишеструке модове кретања које покреће магнетно поље и постиже циљани транспорт лека (АЦС Нано 2021, 15, 18048; Лигхт: Адв. Мануфацтуринг 2023, 4: 29). Да би се решио проблем ниског магнетног садржаја и мале покретачке силе микро-хеликалних робота, на које је тешко превазићи утицај брзине протока у околини, група је предложила процес заснован на двофотонској полимеризацији формирања и методи синтеровања за припрему чисте спирални микророботи од никла, који имају магнетни садржај од око 90 теж%, појачан магнетни обртни момент под ротирајућим магнетним пољем мале снаге, са максималном брзином од 12,5 дужина тела у секунди и способношћу да покрећу објекат 200 пута тежи од самог себе и контролисаног кретања у течности (Лаб Цхип, 2024, ДОИ: 10.1039/д3лц01084х).
Сл. Микро-нано спирални роботи: (а) ефикасна припрема и својства одговора на животну средину хидрогел микро-нано робота; (б) микро-нано метални роботи могу да превазиђу ефекат брзине протока.
Поред тога, група Јиавен Ли-а истраживала је ефекат микро-наноструктура на понашање раста неурона на основу фемтосекундне ласерске технологије двофотонске обраде. У сарадњи са професором Гуо-Кианг Бијем са Одсека за природне науке и медицину и ванредним професором Веипинг Дингом са Факултета за информационе науке и технологију, користили су фемтосекундну двофотонску технологију за припрему низова микростубова са узорком са различитим размацима и висинама , и открили да неуронски аксони имају тенденцију раста на изометријским микростубовима и да се неурони могу водити ка усмереном расту и неуронским круговима конструисањем редова микростубова (Адв. Хеалтхцаре Матер. 2021, 10, 2100094). Инспирисана аксонском мијелинизацијом, заједничка група је дизајнирала и припремила структуре микротубула различитих пречника, дебљина зидова и дужина да опонашају аксоналну мијелинацију 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 титанијума на површини микротубула, који се може користити за прецизно повезивање неурона под манипулацијом спољашњег магнетног поља како би се формирало специфично биолошко поље. неуронска кола (Нано Летт., 2022, 22: 8991). Микронаноструктуре су у стању да остваре усмерени раст и убрзани раст неурона, што ће обезбедити методе и идеје за усмерено повезивање изолованих нервних кластера, изградњу неуронских мрежа и брзу поправку оштећења нерава.
Слика Ефекат микро-нано структуре на раст неуронских аксона: (а) неуронски аксони расту дуж микро-стубова исте висине на усмерен начин; (б) порозне микротубуле убрзавају раст неуронских аксона и могу остварити усмерену везу неурона.
Горе наведени истраживачки рад подржали су Национална фондација за природне науке Кине, Програм кључних истраживања и развоја Министарства науке и технологије и Главни истраживачки пројекат провинције Анхуи за науку и технологију.
