हाल ही में, चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय (यूएसटीसी) के स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग साइंस के माइक्रो और नैनो इंजीनियरिंग प्रयोगशाला में एसोसिएट प्रोफेसर ली जियावेन के समूह ने 3डी केशिका मचानों के कुशल निर्माण के लिए एक फेमटोसेकंड लेजर गतिशील होलोग्राफिक प्रसंस्करण विधि का प्रस्ताव दिया है, जो हो सकता है 3डी केशिका नेटवर्क उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जाता है। 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 काम 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 फोटोरेसिस्ट के अंदर उजागर करने के लिए तेजी से बदलते नोकदार रिंग के आकार के प्रकाश का उपयोग करता है, जिससे यह पता चलता है जटिल आकार के द्विभाजित सूक्ष्मनलिकाएं नेटवर्क और बायोनिक छिद्रित सूक्ष्मनलिकाएं की उच्च दक्षता वाली मशीनिंग, और मशीनिंग की गति पारंपरिक बिंदु-दर-बिंदु मशीनिंग 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।
चित्र माइक्रोवैस्कुलर नेटवर्क की कुशल निर्माण विधि: (ए) गतिशील होलोग्राफिक कुशल प्रसंस्करण की योजनाबद्ध; (बी) द्विभाजित सूक्ष्मनलिकाएं; (सी) सूक्ष्मनलिकाएं की सतह पर एंडोथेलियल कोशिकाएं
हाल के वर्षों में, जियावेन ली के समूह ने बायोमेडिकल क्षेत्र में फेमटोसेकंड लेजर प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग का सक्रिय रूप से पता लगाया है, और माइक्रो-नैनो रोबोट की तैयारी विधि में प्रगति की है। माइक्रो-नैनो रोबोट बायोमेडिसिन के 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 विनियमन के तहत अपने स्वयं के आकारिकी के बुद्धिमान अनुकूली विरूपण का एहसास करता है, जो बदले में चुंबकीय क्षेत्र द्वारा संचालित कई गति मोड उत्पन्न करता है, और लक्षित दवा परिवहन प्राप्त करता है (एसीएस नैनो 2021, 15, 18048; प्रकाश: सलाहकार विनिर्माण 2023, 4: 29). सूक्ष्म-पेचदार रोबोटों की कम चुंबकीय सामग्री और छोटी ड्राइविंग बल की समस्या को हल करने के लिए, जो पर्यावरणीय प्रवाह वेग के प्रभाव को दूर करना मुश्किल है, समूह ने शुद्ध तैयार करने के लिए दो-फोटॉन पोलीमराइजेशन फॉर्मिंग और सिंटरिंग विधि पर आधारित एक प्रक्रिया का प्रस्ताव रखा। निकेल हेलिकल माइक्रो-रोबोट, जिनमें लगभग 90 wt% की चुंबकीय सामग्री होती है, कम ताकत वाले घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र के तहत चुंबकीय टोक़ को बढ़ाते हैं, प्रति सेकंड 12.5 शरीर की लंबाई की अधिकतम गति और किसी वस्तु को 200 गुना भारी गति से आगे बढ़ाने की क्षमता रखते हैं। स्वयं, और एक तरल पदार्थ में नियंत्रित गति के लिए (लैब चिप, 2024, DOI: 10.1039/d3lc01084h)।
चित्र: माइक्रो-नैनो सर्पिल रोबोट: (ए) हाइड्रोजेल माइक्रो-नैनो रोबोट की कुशल तैयारी और पर्यावरणीय प्रतिक्रिया गुण; (बी) सूक्ष्म-नैनो धातु रोबोट प्रवाह वेग के प्रभाव को दूर कर सकते हैं।
इसके अलावा, जियावेन ली के समूह ने फेमटोसेकंड लेजर दो-फोटॉन प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के आधार पर न्यूरोनल विकास व्यवहार पर सूक्ष्म-नैनोस्ट्रक्चर के प्रभाव का पता लगाया। जीवन विज्ञान और चिकित्सा विभाग के प्रोफेसर गुओ-कियांग बी और सूचना विज्ञान और प्रौद्योगिकी स्कूल के एसोसिएट प्रोफेसर वेपिंग डिंग के सहयोग से, उन्होंने विभिन्न रिक्तियों और ऊंचाइयों के साथ पैटर्न वाले माइक्रोपिलर की सरणी तैयार करने के लिए फेमटोसेकंड दो-फोटॉन तकनीक का उपयोग किया। , और पाया कि न्यूरोनल एक्सॉन आइसोमेट्रिक माइक्रोपिलर पर बढ़ते हैं, और माइक्रोपिलर पंक्तियों का निर्माण करके न्यूरॉन्स को दिशात्मक विकास और तंत्रिका सर्किट के लिए निर्देशित किया जा सकता है (एड। हेल्थकेयर मेटर। 2021, 10, 2100094)। एक्सोनल माइलिनेशन से प्रेरित होकर, संयुक्त समूह ने एक्सोनल माइलिनेशन की नकल करने के लिए विभिन्न व्यास, दीवार की मोटाई और लंबाई के साथ सूक्ष्मनलिकाएं संरचनाओं को डिजाइन और तैयार 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 विशिष्ट जैविक बनाने के लिए बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के हेरफेर के तहत न्यूरॉन्स के सटीक कनेक्शन के लिए किया जा सकता है। तंत्रिका सर्किट (नैनो लेट., 2022, 22: 8991)। माइक्रो-नैनोस्ट्रक्चर न्यूरॉन्स की दिशात्मक वृद्धि और त्वरित वृद्धि का एहसास करने में सक्षम हैं, जो पृथक तंत्रिका समूहों के दिशात्मक कनेक्शन, तंत्रिका नेटवर्क के निर्माण और तंत्रिका क्षति की तेजी से मरम्मत के लिए तरीके और विचार प्रदान करेंगे।
चित्र: न्यूरोनल एक्सोन वृद्धि पर माइक्रो-नैनो संरचना का प्रभाव: (ए) न्यूरोनल एक्सोन एक दिशात्मक तरीके से समान ऊंचाई के माइक्रो-स्तंभों के साथ बढ़ते हैं; (बी) छिद्रपूर्ण सूक्ष्मनलिकाएं न्यूरोनल एक्सॉन वृद्धि को तेज करती हैं और न्यूरॉन्स के दिशात्मक कनेक्शन का एहसास कर सकती हैं।
उपरोक्त शोध कार्य को चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन, विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय के प्रमुख अनुसंधान और विकास कार्यक्रम और अनहुई प्रांतीय विज्ञान और प्रौद्योगिकी प्रमुख अनुसंधान परियोजना द्वारा समर्थित किया गया था।
