Récemment, le groupe du professeur agrégé Li Jiawen du laboratoire d'ingénierie micro et nano de l'école des sciences de l'ingénieur de l'université des sciences et technologies de Chine (USTC) a proposé une méthode de traitement holographique dynamique au laser femtoseconde pour la construction efficace d'échafaudages capillaires 3D, qui peuvent être utilisé pour générer des réseaux capillaires 3D. Le travail a été publié sous le titre « Construction rapide de réseaux capillaires biomimétiques 3D avec une morphologie complexe utilisant un traitement holographique dynamique ». Le travail a été publié dans Advanced Functional Materials sous le titre « Construction rapide de réseaux capillaires biomimétiques 3D avec une morphologie complexe utilisant un traitement holographique dynamique » et a été sélectionné comme article de couverture de la revue, et la technologie associée a été autorisée par un brevet.
La polymérisation biphotonique au laser femtoseconde a une résolution de traitement à l'échelle nanométrique et une capacité de fabrication tridimensionnelle, mais la stratégie de traitement traditionnelle pour imprimer des réseaux microvasculaires est inefficace. Sur la base des travaux précédents, le groupe propose une méthode de modulation de phase locale basée sur le faisceau de Bessel en forme d'anneau pour générer un champ lumineux en forme d'anneau encoché, et utilise la lumière en forme d'anneau encoché à changement rapide pour exposer l'intérieur de la résine photosensible, réalisant l'usinage à haute efficacité du réseau de microtubules bifurqués de forme complexe et des microtubules poreux bioniques, et la vitesse d'usinage est plus de 30 fois supérieure à celle de la méthode d'usinage point par point traditionnelle. Le groupe a utilisé le réseau de microtubules poreux comme échafaudage pour guider les cellules endothéliales à se développer contre la paroi, réalisant ainsi la construction de réseaux microvasculaires complexes avec une morphologie définissable, et ces travaux fourniront une plate-forme pour les travaux de recherche dans les domaines de l'ingénierie tissulaire, du criblage de médicaments. et physiologie vasculaire. Bowen Song, étudiant à la maîtrise, Shengying Fan, doctorant, et Chaowei Wang, boursier postdoctoral, sont les co-premiers auteurs de l'article, et Jiawen Li est l'auteur correspondant.
Figure Méthode de construction efficace d’un réseau microvasculaire : (a) Schéma d’un traitement efficace holographique dynamique ; (b) Microtubules bifurqués ; (c) Cellules endothéliales à la surface des microtubules
Ces dernières années, le groupe de Jiawen Li a exploré activement l'application de la technologie de traitement au laser femtoseconde dans le domaine biomédical et a progressé dans la méthode de préparation des micro-nano robots. Les robots micro-nano ouvrent de grandes perspectives d’application dans le domaine de la biomédecine. Afin de réaliser la préparation de grands volumes et le transport contrôlable de micro-robots dans des environnements complexes, le groupe propose une méthode de préparation efficace de robots micro-hélicoïdaux sensibles à l'environnement, basée sur un champ lumineux holographique dynamique en rotation, capable de traiter des milliers de micro-hydrogels. -robots hélicoïdaux dans un délai de 0,5 h. Le robot réalise une déformation adaptative intelligente de sa propre morphologie sous régulation du pH, qui à son tour génère plusieurs modes de mouvement entraînés par un champ magnétique, et réalise un transport ciblé de médicaments (ACS Nano 2021, 15, 18048 ; Light : Adv. Manufacturing 2023, 4 : 29). Afin de résoudre le problème du faible contenu magnétique et de la faible force motrice des robots micro-hélicoïdaux, qui sont difficiles à surmonter l'effet de la vitesse d'écoulement environnementale, le groupe a proposé un processus basé sur une méthode de formation et de frittage par polymérisation à deux photons pour préparer des des microrobots hélicoïdaux en nickel, qui ont une teneur magnétique d'environ 90 % en poids, un couple magnétique amélioré sous un champ magnétique rotatif de faible intensité, avec une vitesse maximale de 12,5 longueurs de corps par seconde et la capacité de propulser un objet 200 fois plus lourd que lui-même et au mouvement contrôlé dans un fluide (Lab Chip, 2024, DOI : 10.1039/d3lc01084h).
Fig. Robots micro-nano spiralés : (a) propriétés efficaces de préparation et de réponse environnementale des robots micro-nano hydrogel ; (b) les robots micro-nano métalliques peuvent surmonter l’effet de la vitesse d’écoulement.
En outre, le groupe de Jiawen Li a exploré l’effet des micro-nanostructures sur le comportement de croissance neuronale en se basant sur la technologie de traitement à deux photons au laser femtoseconde. En collaboration avec le professeur Guo-Qiang Bi du Département des sciences de la vie et de médecine et le professeur associé Weiping Ding de l'École des sciences et technologies de l'information, ils ont utilisé la technologie femtoseconde à deux photons pour préparer des réseaux de micropiliers à motifs avec différents espacements et hauteurs. , et a découvert que les axones neuronaux avaient tendance à se développer sur des micropiliers isométriques et que les neurones pouvaient être guidés vers une croissance directionnelle et des circuits neuronaux en construisant les rangées de micropiliers (Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094). Inspiré par la myélinisation axonale, le groupe mixte a conçu et préparé des structures de microtubules avec différents diamètres, épaisseurs de paroi et longueurs pour imiter la myélinisation axonale, et a découvert que les structures de microtubules étaient capables d'accélérer le taux de croissance des axones neuronaux (plus de 10 fois). De plus, le groupe commun a pulvérisé magnétiquement un film mince magnétique de nickel et un film mince biocompatible de titane sur la surface des microtubules, qui peuvent être utilisés pour la connexion précise des neurones sous la manipulation d'un champ magnétique externe pour former des cellules biologiques spécifiques. circuits neuronaux (Nano Lett., 2022, 22 : 8991). Les micro-nanostructures sont capables de réaliser la croissance directionnelle et la croissance accélérée des neurones, ce qui fournira des méthodes et des idées pour la connexion directionnelle d'amas nerveux isolés, la construction de réseaux neuronaux et la réparation rapide des lésions nerveuses.
Fig. Effet de la structure micro-nano sur la croissance des axones neuronaux : (a) les axones neuronaux se développent le long des micro-piliers de même hauteur de manière directionnelle ; (b) les microtubules poreux accélèrent la croissance des axones neuronaux et peuvent réaliser une connexion directionnelle des neurones.
Les travaux de recherche ci-dessus ont été soutenus par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, le programme clé de recherche et de développement du ministère de la Science et de la Technologie et le projet majeur de recherche scientifique et technologique de la province d'Anhui.
