चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय (यूएसटीसी) में फेमटोसेकंड लेजर प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के बायोमेडिकल अनुप्रयोगों में प्रगति

ऊतक इंजीनियरिंग का उद्देश्य मानव शरीर में रोगों और दोषों की मरम्मत के लिए शारीरिक कार्यों वाले ऊतकों और अंगों का निर्माण करना है। नैदानिक ​​अनुप्रयोगों में केवल त्वचा, उपास्थि और हड्डी ऊतक इंजीनियरिंग उत्पादों का उपयोग किया गया है क्योंकि इन विट्रो में निर्मित ऊतकों में एक संगत रक्त आपूर्ति प्रणाली की कमी होती है। वैज्ञानिकों ने कृत्रिम हृदय, यकृत, फेफड़े, गुर्दे और अन्य ऊतकों और अंगों को सफलतापूर्वक मुद्रित किया है, लेकिन कृत्रिम माइक्रोवास्कुलर नेटवर्क, विशेष रूप से केशिका नेटवर्क (6 से 9 माइक्रोन का ट्यूब व्यास) की छपाई, ऊतक इंजीनियरिंग में हमेशा एक कठिन समस्या और बाधा रही है। .
हाल ही में, चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय (यूएसटीसी) के स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग साइंस के माइक्रो और नैनो इंजीनियरिंग प्रयोगशाला में एसोसिएट प्रोफेसर जियावेन ली के समूह ने 3डी केशिका मचानों के कुशल निर्माण के लिए उपयुक्त एक फेमटोसेकंड लेजर गतिशील होलोग्राफिक प्रसंस्करण विधि का प्रस्ताव दिया है। 3डी केशिका नेटवर्क उत्पन्न करना। कार्य को "गतिशील होलोग्राफिक प्रसंस्करण का उपयोग करके जटिल आकृति विज्ञान के साथ 3डी बायोमिमेटिक केशिका नेटवर्क का तीव्र निर्माण" के रूप में प्रकाशित किया गया था। कार्य को "गतिशील होलोग्राफिक प्रसंस्करण का उपयोग करते हुए जटिल आकृति विज्ञान के साथ 3डी बायोमिमेटिक केशिका नेटवर्क का तीव्र निर्माण" शीर्षक के तहत उन्नत कार्यात्मक सामग्री में प्रकाशित किया गया था। जर्नल के कवर पेपर के रूप में चुना गया, और संबंधित तकनीक को पेटेंट द्वारा अधिकृत किया गया था।
फेमटोसेकंड लेजर दो-फोटॉन पोलीमराइजेशन में नैनोस्केल प्रसंस्करण रिज़ॉल्यूशन और त्रि-आयामी निर्माण क्षमता है, लेकिन माइक्रोवास्कुलर नेटवर्क को प्रिंट करने की पारंपरिक प्रसंस्करण रणनीति अक्षम है। पिछले कार्य के आधार पर, समूह रिंग के आकार के नोकदार प्रकाश क्षेत्र को उत्पन्न करने के लिए रिंग के आकार के बेसेल बीम पर आधारित एक स्थानीय चरण मॉड्यूलेशन विधि का प्रस्ताव करता है, और कुशलता का एहसास करने के लिए फोटोरेसिस्ट के अंदर उजागर करने के लिए तेजी से बदलते नोकदार रिंग लाइट का उपयोग करता है। जटिल आकार के द्विभाजित सूक्ष्मनलिकाएं नेटवर्क और बायोनिक छिद्रपूर्ण सूक्ष्मनलिकाएं का प्रसंस्करण, और प्रसंस्करण की गति पारंपरिक बिंदु-दर-बिंदु प्रसंस्करण विधि की तुलना में 30 गुना अधिक है। समूह ने एंडोथेलियल कोशिकाओं को दीवार के खिलाफ बढ़ने के लिए मार्गदर्शन करने के लिए एक मचान के रूप में छिद्रपूर्ण सूक्ष्मनलिका नेटवर्क का उपयोग किया, निश्चित आकारिकी के साथ जटिल माइक्रोवास्कुलर नेटवर्क के निर्माण को साकार किया, और यह काम ऊतक इंजीनियरिंग, दवा स्क्रीनिंग के क्षेत्र में अनुसंधान कार्य के लिए एक मंच प्रदान करेगा। और संवहनी शरीर क्रिया विज्ञान। बोवेन सॉन्ग, एक मास्टर छात्र, शेंगयिंग फैन, एक डॉक्टरेट छात्र, और चाओवेई वांग, एक पोस्टडॉक्टरल फेलो, पेपर के सह-प्रथम लेखक हैं, और जियावेन ली संबंधित लेखक हैं।
हाल के वर्षों में, ली का समूह सक्रिय रूप से बायोमेडिकल क्षेत्र में फेमटोसेकंड लेजर प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग की खोज कर रहा है, और माइक्रो-नैनो रोबोट की तैयारी विधि में प्रगति की है। माइक्रो-नैनो रोबोट बायोमेडिकल क्षेत्र में बेहतरीन अनुप्रयोग संभावनाएं दिखाते हैं। जटिल वातावरण में माइक्रो-रोबोट की बड़ी मात्रा में तैयारी और नियंत्रणीय परिवहन का एहसास करने के लिए, समूह घूर्णनशील गतिशील होलोग्राफिक प्रकाश क्षेत्र के आधार पर पर्यावरण-उत्तरदायी माइक्रो-हेलिकल रोबोट की एक कुशल तैयारी विधि का प्रस्ताव करता है, जो हजारों हाइड्रोजेल माइक्रो को संसाधित कर सकता है -पेचदार रोबोट 0.5 घंटे के भीतर। रोबोट पीएच के विनियमन के तहत अपने स्वयं के आकारिकी के बुद्धिमान अनुकूली विरूपण का एहसास करता है, और फिर दवाओं के निश्चित-बिंदु परिवहन को साकार करते हुए, चुंबकीय क्षेत्र की ड्राइव के तहत विभिन्न प्रकार के गति मोड होते हैं। सूक्ष्म-पेचदार रोबोटों की कम चुंबकीय सामग्री की समस्या को हल करने के लिए, ड्राइविंग बल छोटा है, पर्यावरणीय प्रवाह दर के प्रभाव को दूर करना मुश्किल है, समूह प्रक्रिया के आधार पर दो-फोटॉन पोलीमराइजेशन बनाने और सिंटरिंग विधि का प्रस्ताव करता है। एक शुद्ध निकल हेलिकल माइक्रो-रोबोट तैयार करने में, लगभग 90 wt% की हेलिकल रोबोट चुंबकीय सामग्री, कम तीव्रता वाले घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र में चुंबकीय टोक़ को बढ़ाती है, प्रति सेकंड 12.5 शरीर की लंबाई तक की अधिकतम गति, और आगे बढ़ सकती है वस्तु का वजन अपने वजन से 200 गुना अधिक होता है, और चुंबकीय टोक़ को कम ताकत वाले घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र द्वारा बढ़ाया जाता है।
इसके अलावा, जियावेन ली के समूह ने फेमटोसेकंड लेजर दो-फोटॉन प्रसंस्करण के आधार पर न्यूरोनल विकास व्यवहार पर सूक्ष्म-नैनो संरचनाओं के प्रभावों का पता लगाया। जीवन विज्ञान और चिकित्सा विभाग के प्रोफेसर गुओ-कियांग बी और सूचना विज्ञान और प्रौद्योगिकी स्कूल के एसोसिएट प्रोफेसर वेइपिंग डिंग के सहयोग से, उन्होंने फेमटोसेकंड दो-फोटॉन तकनीक का उपयोग करके विभिन्न रिक्ति और ऊंचाइयों के साथ पैटर्न वाले माइक्रोपिलर की सरणी तैयार की। और पाया गया कि न्यूरोनल एक्सोन आइसोमेट्रिक माइक्रोपिलर पर बढ़ते हैं, और वे माइक्रोपिलर पंक्तियों का निर्माण करके न्यूरॉन्स की दिशात्मक वृद्धि और तंत्रिका सर्किट के गठन का मार्गदर्शन करने में सक्षम थे। एक्सोनल मायेलिनेशन से प्रेरित होकर, संयुक्त समूह ने विभिन्न व्यास, दीवार की मोटाई और लंबाई के साथ सूक्ष्मनलिका संरचनाओं को डिजाइन और तैयार करके एक्सोनल मायेलिनेशन का अनुकरण किया, और पाया कि सूक्ष्मनलिकाएं संरचनाएं न्यूरोनल एक्सोन की वृद्धि दर (10 गुना से अधिक) में तेजी लाने में सक्षम थीं। इसके अलावा, संयुक्त समूह ने चुंबकीय रूप से सूक्ष्मनलिकाएं की सतह पर निकेल की एक चुंबकीय पतली फिल्म और टाइटेनियम की एक जैव-संगत पतली फिल्म को थूक दिया, जिसका उपयोग एक विशिष्ट बनाने के लिए बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के हेरफेर के तहत न्यूरॉन्स के सटीक कनेक्शन के लिए किया जा सकता है। जैविक तंत्रिका सर्किट. सूक्ष्म-नैनोस्ट्रक्चर दिशात्मक और त्वरित न्यूरोनल विकास में सक्षम हैं, जो पृथक तंत्रिका समूहों के दिशात्मक कनेक्शन, तंत्रिका नेटवर्क निर्माण और तंत्रिका क्षति की तेजी से मरम्मत के लिए तरीके और विचार प्रदान करेंगे।