Recentemente, o grupo do Professor Associado Li Jiawen no Laboratório de Micro e Nano Engenharia da Escola de Ciências da Engenharia da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) propôs um método de processamento holográfico dinâmico a laser de femtosegundo para a construção eficiente de estruturas capilares 3D, que pode ser usado para gerar redes capilares 3D. O trabalho foi publicado como "Construção Rápida de Redes Capilares Biomiméticas 3D com Morfologia Complexa Usando Processamento Holográfico Dinâmico". selecionado como artigo de capa da revista, e a tecnologia relacionada foi autorizada por patente.
A polimerização de dois fótons a laser de femtosegundo possui resolução de processamento em nanoescala e capacidade de fabricação tridimensional, mas a estratégia de processamento tradicional para imprimir redes microvasculares é ineficiente. Com base no trabalho anterior, o grupo propõe um método de modulação de fase local baseado no feixe de Bessel em forma de anel para gerar um campo de luz entalhada em forma de anel e utiliza a luz entalhada em forma de anel de mudança rápida para expor dentro do fotorresistente, percebendo a usinagem de alta eficiência da rede de microtúbulos bifurcados de formato complexo e microtúbulos porosos biônicos, e a velocidade de usinagem é mais de 30 vezes maior do que a do método tradicional de usinagem ponto a ponto. O grupo utilizou a rede de microtúbulos porosos como andaime para guiar as células endoteliais a crescerem contra a parede, realizando a construção de redes microvasculares complexas com morfologia definível, e este trabalho fornecerá uma plataforma para trabalhos de pesquisa nas áreas de engenharia de tecidos, triagem de medicamentos e fisiologia vascular. Bowen Song, aluno de mestrado, Shengying Fan, aluno de doutorado, e Chaowei Wang, pós-doutorado, são os co-autores do artigo, e Jiawen Li é o autor correspondente.
Figura Método de construção eficiente de rede microvascular: (a) Esquema de processamento holográfico dinâmico eficiente; (b) Microtúbulos bifurcados; (c) Células endoteliais na superfície dos microtúbulos
Nos últimos anos, o grupo de Jiawen Li explorou ativamente a aplicação da tecnologia de processamento a laser de femtosegundo no campo biomédico e fez progressos no método de preparação de micro-nano robôs. Robôs micro-nano apresentam grandes perspectivas de aplicação no campo da biomedicina. A fim de realizar a preparação de grandes volumes e o transporte controlável de micro-robôs em ambientes complexos, o grupo propõe um método de preparação eficiente de robôs micro-helicoidais responsivos ao ambiente, com base em um campo de luz holográfico rotacionalmente dinâmico, que pode processar milhares de micro-hélices de hidrogel. -robôs helicoidais em 0,5h. O robô realiza deformação adaptativa inteligente de sua própria morfologia sob regulação de pH, que por sua vez gera múltiplos modos de movimento impulsionados por um campo magnético e alcança o transporte direcionado de medicamentos (ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023, 4: 29). Para resolver o problema do baixo conteúdo magnético e da pequena força motriz dos robôs micro-helicoidais, que são difíceis de superar o efeito da velocidade do fluxo ambiental, o grupo propôs um processo baseado no método de formação e sinterização por polimerização de dois fótons para preparar puro micro-robôs helicoidais de níquel, que têm um conteúdo magnético de cerca de 90% em peso, torque magnético aprimorado sob um campo magnético rotativo de baixa resistência, com uma velocidade máxima de 12,5 comprimentos de corpo por segundo e a capacidade de impulsionar um objeto 200 vezes mais pesado que em si e ao movimento controlado em um fluido (Lab Chip, 2024, DOI: 10.1039/d3lc01084h).
Fig. Micro-nano robôs espirais: (a) preparação eficiente e propriedades de resposta ambiental de micro-nano robôs de hidrogel; (b) robôs micro-nano metálicos podem superar o efeito da velocidade do fluxo.
Além disso, o grupo de Jiawen Li explorou o efeito das micro-nanoestruturas no comportamento do crescimento neuronal com base na tecnologia de processamento de dois fótons a laser de femtosegundo. Em colaboração com o Prof. Guo-Qiang Bi do Departamento de Ciências da Vida e Medicina e o Prof. Associado Weiping Ding da Escola de Ciência e Tecnologia da Informação, eles usaram a tecnologia de dois fótons de femtosegundo para preparar matrizes de micropilares padronizados com diferentes espaçamentos e alturas , e descobriu que os axônios neuronais tendiam a crescer em micropilares isométricos e que os neurônios poderiam ser guiados para o crescimento direcional e circuitos neurais construindo as fileiras de micropilares (Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094). Inspirado pela mielinização axonal, o grupo conjunto projetou e preparou estruturas de microtúbulos com diferentes diâmetros, espessuras de parede e comprimentos para imitar a mielinização axonal, e descobriu que as estruturas de microtúbulos foram capazes de acelerar a taxa de crescimento dos axônios neuronais (mais de 10 vezes). Além disso, o grupo conjunto cuspiu magneticamente uma fina película magnética de níquel e uma fina película biocompatível de titânio na superfície dos microtúbulos, que pode ser usada para a conexão precisa de neurônios sob a manipulação de um campo magnético externo para formar biológicos específicos. circuitos neurais (Nano Lett., 2022, 22: 8991). As micro-nanoestruturas são capazes de realizar o crescimento direcional e o crescimento acelerado dos neurônios, o que fornecerá métodos e ideias para a conexão direcional de aglomerados nervosos isolados, a construção de redes neurais e o rápido reparo de danos nervosos.
Fig. Efeito da estrutura micro-nano no crescimento do axônio neuronal: (a) os axônios neuronais crescem ao longo dos micropilares da mesma altura de maneira direcional; (b) microtúbulos porosos aceleram o crescimento do axônio neuronal e podem realizar a conexão direcional dos neurônios.
O trabalho de pesquisa acima foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, pelo Programa Chave de Pesquisa e Desenvolvimento do Ministério da Ciência e Tecnologia e pelo Grande Projeto de Pesquisa de Ciência e Tecnologia da Província de Anhui.
