組織工程的目的是構(gòu)建具有生理功能的組織和器官，用于修復(fù)人體的疾病和缺損。由于體外構(gòu)建的組織缺乏與之相適應(yīng)的血液供應(yīng)系統(tǒng)，只有皮膚、軟骨和骨組織工程產(chǎn)品應(yīng)用于臨床�？茖W(xué)家已經(jīng)成功打印出人工心臟、肝臟、肺、腎等組織器官，但人工微血管網(wǎng)絡(luò)尤其是毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)（管徑為 6~9μm）打印始終是組織工程中一個(gè)難題和瓶頸。近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院微納米工程實(shí)驗(yàn)室李家文副教授課題組提出適用于三維毛細(xì)血管支架高效構(gòu)建的飛秒激光動(dòng)態(tài)全息加工方法，用于產(chǎn)生三維毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)。該工作以“Rapid Construction of 3D Biomimetic Capillary Networks with Complex Morphology Using Dynamic Holographic Processing ”為題發(fā)表于A(yíng)dvanced Functional Materials，并被選為期刊封面論文，相關(guān)技術(shù)獲專(zhuān)利授權(quán)（ZL202110554757.5）。

飛秒激光雙光子聚合具有納米級(jí)加工分辨率和三維制造能力，但傳統(tǒng)加工策略打印微血管網(wǎng)絡(luò)效率低。課題組在前期工作（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）基礎(chǔ)上，提出基于局部相位調(diào)制方法，在環(huán)形貝塞爾光束的基礎(chǔ)上生成了環(huán)形缺口光場(chǎng)，利用快速變化的缺口環(huán)形光在光刻膠內(nèi)曝光，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜形貌分岔微管網(wǎng)絡(luò)和仿生多孔微管的高效加工，加工速度比傳統(tǒng)的逐點(diǎn)加工方法提高30倍以上。課題組以多孔微管網(wǎng)絡(luò)為支架引導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了形貌可定義的復(fù)雜微血管網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，此工作將為組織工程、藥物篩選和血管生理學(xué)等領(lǐng)域的研究工作提供平臺(tái)。工程科學(xué)學(xué)院碩士生宋博文、博士生范勝穎、博士后汪超煒為論文共同第一作者，李家文為通訊作者。

圖1.微血管網(wǎng)絡(luò)高效構(gòu)建方法：（a）動(dòng)態(tài)全息高效加工示意圖；（b）分叉微管；（c）微管表面上的內(nèi)皮細(xì)胞

近年來(lái)，李家文課題組積極探索飛秒激光加工技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，已在微納機(jī)器人制備方法上取得進(jìn)展。微納機(jī)器人在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景，為實(shí)現(xiàn)微機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的大批量制備和可控運(yùn)輸，課題組提出了一種基于旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)全息光場(chǎng)的環(huán)境響應(yīng)性微螺旋機(jī)器人的高效制備方法，可以在0.5h內(nèi)加工出上千個(gè)水凝膠微螺旋機(jī)器人。該機(jī)器人在pH的調(diào)控下實(shí)現(xiàn)自身形貌的智能自適應(yīng)變形，進(jìn)而在磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下發(fā)生多種運(yùn)動(dòng)模態(tài)，實(shí)現(xiàn)了藥物的定點(diǎn)運(yùn)輸（ACS Nano 2021, 15, 18048; Light: Adv. Manufacturing 2023,4:29）。為解決微螺旋機(jī)器人磁含量低、驅(qū)動(dòng)力小，難以克服環(huán)境流速影響，課題組提出一種基于雙光子聚合成形和燒結(jié)法工藝制備純鎳螺旋微型機(jī)器人，該螺旋機(jī)器人磁性含量約為90wt%，在低強(qiáng)度旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下增強(qiáng)了磁轉(zhuǎn)矩，最大速度每秒達(dá)12.5體長(zhǎng)，且能推動(dòng)比自身重200倍物體，并在流體中保持受控運(yùn)動(dòng)（Lab Chip，2024，DOI: 10.1039/d3lc01084h）。

圖2.微納螺旋機(jī)器人：（a）水凝膠微納機(jī)器人的高效制備及環(huán)境響應(yīng)特性；（b）微納金屬機(jī)器人能夠克服流速影響。