Cynnydd mewn Cymwysiadau Biofeddygol Technoleg Prosesu Laser Femtosecond Ym Mhrifysgol Gwyddoniaeth a Thechnoleg Tsieina (USTC)

Pwrpas peirianneg meinwe yw adeiladu meinweoedd ac organau â swyddogaethau ffisiolegol ar gyfer atgyweirio clefydau a diffygion yn y corff dynol. Dim ond cynhyrchion peirianneg croen, cartilag a meinwe esgyrn sydd wedi'u defnyddio mewn cymwysiadau clinigol oherwydd nad oes gan feinweoedd a adeiladwyd in vitro system cyflenwi gwaed gydnaws. Mae gwyddonwyr wedi llwyddo i argraffu calonnau artiffisial, afu, ysgyfaint, arennau a meinweoedd ac organau eraill, ond mae argraffu rhwydweithiau microfasgwlaidd artiffisial, yn enwedig rhwydweithiau capilari (diamedr tiwb o 6 i 9 μm), bob amser wedi bod yn broblem anodd a thagfa mewn peirianneg meinwe. .
Yn ddiweddar, mae grŵp yr Athro Cyswllt Jiawen Li yn y Labordy Peirianneg Micro a Nano, Ysgol Gwyddoniaeth Peirianneg, Prifysgol Gwyddoniaeth a Thechnoleg Tsieina (USTC) wedi cynnig dull prosesu holograffig deinamig laser femtosecond sy'n addas ar gyfer adeiladu sgaffaldiau capilari 3D yn effeithlon ar gyfer cynhyrchu rhwydweithiau capilari 3D. Cyhoeddwyd y gwaith fel "Adeiladu Cyflym Rhwydweithiau Capilari Biomimetig 3D gyda Morffoleg Cymhleth gan Ddefnyddio Prosesu Holograffeg Deinamig Cyhoeddwyd y gwaith mewn Deunyddiau Swyddogaethol Uwch o dan y teitl "Adeiladu Cyflym Rhwydweithiau Capilari Biomimetig 3D gyda Morffoleg Cymhleth gan Ddefnyddio Prosesu Holograffeg Dynamig" ac roedd dewiswyd fel papur clawr y cyfnodolyn, ac awdurdodwyd y dechnoleg gysylltiedig gan batent.
Mae gan polymerization dau-ffoton laser Femtosecond allu datrys prosesu nanoscale a gwneuthuriad tri dimensiwn, ond mae'r strategaeth brosesu draddodiadol i argraffu rhwydweithiau microfasgwlaidd yn aneffeithlon. Yn seiliedig ar y gwaith blaenorol, mae'r grŵp yn cynnig dull modiwleiddio cyfnod lleol yn seiliedig ar y trawst Bessel siâp cylch i gynhyrchu cae golau rhicyn siâp cylch, ac yn defnyddio'r golau cylch rhicyn sy'n newid yn gyflym i ddatguddio y tu mewn i'r ffotoresydd i wireddu'r effeithlonrwydd. prosesu rhwydweithiau microtubules bifurcated siâp cymhleth a microtiwbwles mandyllog bionig, ac mae'r cyflymder prosesu dros 30 gwaith yn uwch na'r dull prosesu pwynt-wrth-bwynt traddodiadol. Defnyddiodd y grŵp y rhwydwaith microtiwbwl mandyllog fel sgaffald i arwain celloedd endothelaidd i dyfu yn erbyn y wal, gan sylweddoli adeiladu rhwydweithiau micro-fasgwlaidd cymhleth gyda morffoleg diffiniadwy, a bydd y gwaith hwn yn darparu llwyfan ar gyfer gwaith ymchwil ym meysydd peirianneg meinwe, sgrinio cyffuriau. a ffisioleg fasgwlaidd. Bowen Song, myfyriwr meistr, Shengying Fan, myfyriwr doethuriaeth, a Chaowei Wang, cymrawd ôl-ddoethurol, yw cyd-awduron cyntaf y papur, a Jiawen Li yw'r awdur cyfatebol.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae grŵp Li wedi bod yn ymchwilio'n weithredol i gymhwyso technoleg prosesu laser femtosecond yn y maes biofeddygol, ac wedi gwneud cynnydd yn y dull paratoi o robotiaid micro-nano. Mae robotiaid micro-nano yn dangos rhagolygon cymhwyso gwych yn y maes biofeddygol. Er mwyn gwireddu paratoi cyfaint mawr a chludo micro-robotiaid y gellir ei reoli mewn amgylcheddau cymhleth, mae'r grŵp yn cynnig dull paratoi effeithlon o robotiaid micro-helical sy'n ymateb i'r amgylchedd yn seiliedig ar faes golau holograffig deinamig sy'n cylchdroi, a all brosesu miloedd o ficro-hydrogel. -robotiaid helical o fewn 0.5h. Mae'r robot yn sylweddoli anffurfiad addasol deallus ei morffoleg ei hun o dan reoleiddio pH, ac yna mae amrywiaeth o ddulliau symud yn digwydd o dan yriant y maes magnetig, gan sylweddoli cludo cyffuriau pwynt sefydlog. Er mwyn datrys y broblem o gynnwys magnetig isel robotiaid micro-helical, mae grym gyrru yn fach, mae'n anodd goresgyn dylanwad y gyfradd llif amgylcheddol, mae'r grŵp yn cynnig dull ffurfio a sintering polymerization dau-ffoton yn seiliedig ar y broses o baratoi micro-robot helical nicel pur, mae cynnwys magnetig robotiaid helical o tua 90 wt%, yn y maes magnetig cylchdroi dwysedd isel yn gwella'r trorym magnetig, y cyflymder uchaf o hyd at 12.5 hyd corff yr eiliad, a gall yrru'r pwysau'r gwrthrych na'i 200 gwaith ei hun, ac yn y Mae'r trorym magnetig yn cael ei wella gan faes magnetig cylchdroi cryfder isel.
Yn ogystal, archwiliodd grŵp Jiawen Li effeithiau strwythurau micro-nano ar ymddygiad twf niwronaidd yn seiliedig ar brosesu dau-ffoton laser femtosecond. Mewn cydweithrediad â'r Athro Guo-Qiang Bi o'r Adran Gwyddorau Bywyd a Meddygaeth a'r Athro Cyswllt Weiping Ding o'r Ysgol Gwyddor Gwybodaeth a Thechnoleg, paratowyd araeau o ficro-bileri patrymog gyda bylchau ac uchder gwahanol gan ddefnyddio technoleg dau ffoton femtosecond, a chanfuwyd bod acsonau niwronaidd yn tueddu i dyfu ar ficropileri isometrig, a'u bod yn gallu arwain twf cyfeiriadol niwronau a ffurfio cylchedau niwral trwy adeiladu'r rhesi micropiler. Wedi'i ysbrydoli gan myelination echelinol, efelychodd y grŵp ar y cyd myelination echelinol trwy ddylunio a pharatoi strwythurau microtiwb gyda diamedrau gwahanol, trwch wal a hyd, a chanfod bod y strwythurau microtiwb yn gallu cyflymu cyfradd twf acsonau niwronaidd (mwy na 10 gwaith). Yn ogystal, mae'r cyd-grŵp yn magnetig sputtered ffilm denau magnetig o nicel a ffilm tenau biocompatible o ditaniwm ar wyneb y microtubules, y gellir eu defnyddio ar gyfer union gysylltiad niwronau o dan y driniaeth o faes magnetig allanol i ffurfio penodol. cylched niwral biolegol. Mae'r micro-nanostructures yn gallu twf niwronaidd cyfeiriadol a chyflym, a fydd yn darparu dulliau a syniadau ar gyfer cysylltiad cyfeiriadol o glystyrau nerfau ynysig, adeiladu rhwydwaith niwral, ac atgyweirio difrod nerfol yn gyflym.