安排工程的意图是构建具有生理功能的安排和器官，用于修正人体的疾病和残缺。因为体外构建的安排缺少与之相适应的血液供给体系，只要皮肤、软骨和骨安排工程产品使用于临床。科学家现已成功打印出人工心脏、肝脏、肺、肾等安排器官，但人工微血管网络尤其是毛细血管网络（管径为 6~9μm）打印始终是安排工程中一个难题和瓶颈。近来，我国科学技能大学工程科学学院微纳米工程实验室李家文副教授课题组提出适用于三维毛细血管支架高效构建的飞秒激光动态全息加工办法，用于产生三维毛细血管网络。该作业以“Rapid Construction of 3D Biomimetic Capillary Networks with Complex Morphology Using Dynamic Holographic Processing ”为题发表于Advanced Functional Materials，并被选为期刊封面论文，有关技能获专利授权（ZL7.5）。
飞秒激光双光子聚合具有纳米级加工分辨率和三维制作才能，但传统加工战略打印微血管网络功率低。课题组在前期作业（Appl. Phys. Lett. 2014,105 (4), 041110 ; ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 36369; ACS Nano 2020, 14 (5): 5233; Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2106917）基础上，提出根据部分相位调制办法，在环形贝塞尔光束的基础上生成了环形缺口光场，使用快速改变的缺口环形光在光刻胶内曝光，完结了杂乱描摹分岔微管网络和仿生多孔微管的高效加工，加工速度比传统的逐点加工办法进步30倍以上。课题组以多孔微管网络为支架引导内皮细胞贴壁成长，完结了描摹可定义的杂乱微血管网络的构建，此作业将为安排工程、药物挑选和血管生理学等范畴的研究作业供给渠道。工程科学学院硕士生宋博文、博士生范胜颖、博士后汪超炜为论文一起榜首作者，李家文为通讯作者。
图2 微血管网络高效构建办法：（a）动态全息高效加工示意图；（b）分叉微管；（c）微管外表上的内皮细胞
近年来，李家文课题组积极探究飞秒激光加工技能在生物医学范畴的使用，已在微纳机器人制备办法上获得发展。微纳机器人在生物医学范畴显示出巨大的使用远景，为完结微机器人在杂乱环境中的大批量制备和可控运送，课题组提出了一种根据旋转动态全息光场的环境呼应性微螺旋机器人的高效制备办法，可以在0.5h内加工出上千个水凝胶微螺旋机器人。该机器人在pH的调控下完结本身描摹的智能自适应变形，进而在磁场驱动下产生多种运动模态，完结了药物的定点运送（ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023,4:29）。为处理微螺旋机器人磁含量低、驱动力小，难以战胜环境流速影响，课题组提出一种根据双光子聚合成形和烧结法工艺制备纯镍螺旋微型机器人，该螺旋机器人磁性含量约为90wt%，在低强度旋转磁场下增强了磁转矩，最大速度每秒达12.5体长，且能推进比本身重200倍物体，并在流体中坚持受控运动（Lab Chip，2024，DOI: 10.1039/d3lc01084h）。
图3 微纳螺旋机器人：（a）水凝胶微纳机器人的高效制备及环境呼应特性；（b）微纳金属机器人可以战胜流速影响。
此外，李家文课题组根据飞秒激光双光子加工技能，探究了微纳结构对神经元成长行为的影响。他们与生命医学部毕国强教授、信息科学技能学院丁卫平副教授协作，使用飞秒双光子技能制备了不同距离和高度的图画化微柱阵列，发现神经元轴突倾向于在等高微柱上成长，经过构建微柱排布，可以引导神经元定向成长，并构成神经回路（Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2100094）。受轴突髓鞘的启示，联合课题组经过规划制备了不同直径、壁厚和长度的微管结构，模仿轴突的髓鞘，发现微管结构可以加快神经突轴突的成长速度（10倍以上）。此外，联合课题组在微管外表磁控溅射了磁性薄膜镍和生物相容性薄膜钛，在外部磁场控制下，该磁性微管可用于神经元的精准衔接，然后构成特定生物神经回路（Nano Lett., 2022, 22: 8991）。微纳结构可以在必定程度上完结神经元定向成长和加快成长，将为别离神经簇的定向衔接、神经网络构建、神经损害快速修正等供给办法和思路。
图4 微纳结构对神经元轴突成长的影响：（a）神经元轴突沿着相同高度微柱定向成长；（b）多孔微管可以加快神经元轴突成长并可完结神经元的定向衔接。
上述研究作业得到了国家自然科学基金、科技部要点研制方案、安徽省科技严重攻关项意图支撑。
