最近、中国科学技術大学 (USTC) 工学部マイクロ・ナノ工学研究室の Li Jiawen 准教授のグループは、3D 毛細管足場を効率的に構築するためのフェムト秒レーザー動的ホログラフィック処理法を提案しました。 3D 毛細管ネットワークの生成に使用されます。 この研究は、「動的ホログラフィック処理を使用した複雑な形態を持つ 3D 生体模倣毛細管ネットワークの急速な構築」というタイトルで Advanced Functional Materials 誌に公開され、が同誌の表紙に選ばれ、関連技術が特許認定されました。
フェムト秒レーザー二光子重合は、ナノスケールの加工解像度と三次元製造能力を備えていますが、微小血管ネットワークを印刷する従来の加工戦略は非効率的です。 研究グループは、これまでの研究に基づいて、リング状のノッチ付きライトフィールドを生成するためのリング状ベッセルビームに基づく局所位相変調法を提案し、ノッチ付きリング状の高速変化光を利用してフォトレジスト内部を露光することで、複雑な形状の分岐微小管ネットワークやバイオニック多孔質微小管を高効率に加工でき、従来のポイントバイポイント加工法と比べて加工速度が30倍以上向上します。 同グループは、内皮細胞が壁に沿って成長するように誘導するための足場として多孔質微小管ネットワークを使用し、定義可能な形態を備えた複雑な微小血管ネットワークの構築を実現した。この研究は、組織工学、薬物スクリーニングの分野における研究作業のプラットフォームを提供することになる。そして血管生理学。 修士課程のBowen Song氏、博士課程のShengying Fan氏、博士研究員のChaowei Wang氏がこの論文の共同筆頭著者であり、Jiawen Li氏が責任著者である。
図 微小血管ネットワークの効率的な構築方法：（a）動的ホログラフィックの効率的な処理の概略図。 (b) 分岐微小管。 (c) 微小管表面の内皮細胞
近年、Jiawen Li氏のグループはフェムト秒レーザー加工技術の生物医学分野への応用を積極的に検討しており、マイクロ・ナノロボットの作製方法も進歩している。 マイクロ・ナノロボットは生物医学の分野で大きな応用の可能性を示しています。 複雑な環境におけるマイクロロボットの大量調製と制御可能な輸送を実現するために、グループは、数千のヒドロゲルマイクロゲルを処理できる回転動的ホログラフィックライトフィールドに基づいた環境応答型マイクロヘリカルロボットの効率的な調製方法を提案しています。 -ヘリカルロボットは0.5時間以内。 このロボットは、pH 制御下で自身の形態のインテリジェントな適応変形を実現し、これにより磁場によって駆動される複数の運動モードが生成され、標的を絞った薬物輸送が実現されます (ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023, 4: 29）。 環境流速の影響を克服するのが難しいマイクロヘリカルロボットの低い磁性含有量と小さな駆動力の問題を解決するために、グループは、純粋な磁性体を調製するための二光子重合成形および焼結法に基づくプロセスを提案した。約90重量％の磁性含有量を有するニッケルヘリカルマイクロロボットは、低強度の回転磁場下で磁気トルクを強化し、毎秒12.5体長の最大速度と、200倍重い物体を推進する能力を備えた。それ自体、および流体内の制御された動き（Lab Chip、2024、DOI: 10.1039/d3lc01084h）。
図 マイクロナノスパイラルロボット：（a）ハイドロゲルマイクロナノロボットの効率的な調製と環境応答特性。 (b) マイクロ・ナノ金属ロボットは流速の影響を克服できる。
さらに、Jiawen Li氏のグループは、フェムト秒レーザーの2光子処理技術に基づいて、ニューロンの成長挙動に対するマイクロ・ナノ構造の影響を調査した。 生命科学・医学科のGuo-Qiang Bi教授および情報科学技術学部のWeiping Ding准教授と協力して、彼らはフェムト秒二光子技術を使用して、異なる間隔と高さのパターン化されたマイクロピラーのアレイを準備しました。そして、ニューロンの軸索は等尺性の微小柱上で成長する傾向があり、微小柱の列を構築することでニューロンを方向性のある成長と神経回路に導くことができることを発見しました（Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094）。 軸索髄鞘形成に触発されて、共同グループは、軸索髄鞘形成を模倣するために、異なる直径、壁の厚さ、長さの微小管構造を設計および調製し、その微小管構造が神経軸索の成長速度を（10倍以上）加速できることを発見した。 さらに、ジョイントグループは、微小管の表面にニッケルの磁性薄膜と生体適合性のあるチタンの薄膜を磁気的にスパッタリングしました。これは、外部磁場の操作下でニューロンを正確に接続して、特定の生物学的構造を形成するために使用できます。神経回路 (Nano Lett.、2022、22: 8991)。 マイクロナノ構造は、ニューロンの方向性のある成長と加速された成長を実現することができ、これにより、孤立した神経クラスターの方向性接続、神経ネットワークの構築、および神経損傷の迅速な修復のための方法とアイデアが提供されるでしょう。
図 神経軸索の成長に対するマイクロ・ナノ構造の効果：（a）神経軸索は同じ高さのマイクロピラーに沿って方向性を持って成長します。 (b) 多孔質微小管はニューロンの軸索成長を促進し、ニューロンの方向性のある接続を実現します。
上記の研究活動は、中国国家自然科学財団、科学技術省の主要研究開発プログラム、および安徽省科学技術主要研究プロジェクトによって支援されました。
