双光子灰度光刻微纳加工技术全领域应用速递3-仪器网

双光子灰度光刻微纳加工技术全领域应用速递3

来源：纳糯三维科技（上海）有限公司分类：应用方案 2024-06-28 09:51:36 116阅读次数

微流控装置因其能够创造模拟体内微环境的复杂动态环境，常用于细胞培养、药物筛选和器官芯片应用。然而，由于其封闭结构，获取内部环境参数（温度、pH、分子浓度等）具有挑战性。虽然液相色谱、化学滴定、质谱和电化学等方法可用于分析微流控芯片内的微环境，但这些策略需要大型仪器的协助，且难以提供环境参数的空间分布信息，限制了我们对微流控装置中动态环境的原位操纵和理解能力。

东南大学生物科学与医学工程学院院长顾忠泽团队在Chemical Engineering Journal上发表了相关论文，开发了一种多功能、高度可控的策略，利用双光子光刻技术直接在微流控芯片中所需位置写入具有精确几何形状和不同组成的PCH传感器，通过Nanoscribe双光子激光直写技术在微流控装置中构建光子晶体水凝胶（PCH)传感系统。利用这种PCH传感系统，只需在显微镜下就可以对微流控装置中的环境参数进行时空监测。

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https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148679

为了解决将微探针植入大脑时，由于大脑的微运动，微探针和周围软组织之间的机械不匹配会导致组织损伤和微探针失效的问题，澳大利亚迪肯大学的Naser Sharafkhani团队在Bioprinting上发表了论文，提出了一种3D打印的自动有效刚度控制的皮层内微探针。

在神经科学研究中，将神经微探针植入大脑对于记录和刺激神经组织以研究神经系统疾病至关重要。然而，微探针的植入面临一些挑战：在将微探针插入大脑的过程中，需要足够的刚度以防止弯曲；然而，在手术过程中，微探针需要足够柔软以适应周围的神经组织，以减少组织损伤并提高微探针的寿命。

为了解决这些问题，Sharafkhani等人提出了一种创新的设计，在微探针和插入器/神经组织之间设计了一个工程界面，以在微探针的硬模式和软模式之间实现即时切换。这种设计利用了可压缩结构，使得微探针在插入过程中具有较高的等效弹性模量，而在定位后能够迅速恢复到较低的等效弹性模量。通过有限元模拟和实验测试，作者验证了所提出的机制的可行性。结果表明，采用双光子聚合技术，使用Nanoscribe的Photonic Professional GT2 3D打印机和生物相容性IP-S树脂制作的微探针在实验中成功插入羔羊大脑，没有发生弯曲，证实了该设计的可行性。

相较于现有的微探针，这种微探针不仅能够在插入过程中保持足够的刚度，还能够在操作过程中与周围神经组织保持良好的顺应性。此外，所提出的微探针的横截面积减少了约70%，减少了组织损伤，并可能提高微探针的寿命。

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https://doi.org/10.1016/j.bprint.2024.e00333

目前常用的菌落形成单位 (CFU) 虽然方便，但准确性有限，因为它假設每個菌落都源自單個細菌，且無法檢測到無法培養的細胞；而光密度 (OD) 是一种间接测量方法，容易受到各种因素的影响，例如细胞大小、形状和环境压力，导致细胞计数估计不准确。此外，使用手动和自动细胞计数器进行直接计数可能非常耗时、昂贵且需要专业知识，尤其是在处理亚微米级细菌时。

为了应对这些挑战，来自南达科他州立大学生物与微生物系的Rahman 和 Butzin团队在Scientific Reports上发表了论文。他们开发了一种名为「晶片计数器」的装置。利用Nanoscribe双光子聚合 (2PP) 技术（能够制造复杂、高精度的微/纳米结构），配合硅基板、多 DiLL 样品架、高粘度负性 IP-S 光刻胶和 25×NA0.8 浸入式物镜，开发了三代芯片计数器（G1、G2 和 G3），能够对微珠和细菌细胞进行精确计数。其中，最新一代的 G3 计数器具有较小的腔室尺寸和降低的深度，可最大限度地减少细胞漂浮，从而提高成像和计数的精度。G3 计数器还具有使用活/死细胞染色试剂盒或生长测定活动来估算活细胞和死细胞数量的附加功能。

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https://doi.org/10.1038/s41598-023-51014-2

细胞迁移是器官形态成熟、癌症等疾病相关状况的一个基本过程。细胞能够通过拥挤的空间和紧密的细胞外基质（ECM）迁移。通过狭窄区域时，细胞会发生强烈变形，包括细胞核。这种核变形会导致3D基因组结构的变化，并可能导致DNA甲基化。然而，人们对变形对细胞的具体影响还不是很了解。因此，迫切需要建立一种离体方法，在复杂几何狭窄区域诱导明确的细胞变形。

为了解决这个难题，德国亚琛工业大学的Matthias Geiger团队在ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES上发表了一篇论文，开发了一种微流体灌注培养装置，用于研究细胞在3D狭窄空间中的迁移。他们介绍了小脑颗粒细胞的包被、接种和灌注培养程序。通过利用Nanoscribe Professional GT+直接激光写入装置，并使用IP-S树脂打印，可以制造出细胞尺度上具有光滑、各向异性曲面的通道。该系统由收缩通道组成，半径为2或4μm，供细胞通过。这相当于将细胞核压缩到其未变形横截面积的3.5%和14.2%。该系统可用于研究限制几何形状对各种细胞类型的迁移行为和转录组的影响。

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https://doi.org/10.1002/admt.202301535

德国马克斯普朗克智能系统研究所的 Ziyu Ren 和 Metin Sitti团队在Nature Protocols上发表了论文，提出了一种设计、制造和控制具有多模式运动能力的小型磁性软体机器人的方法，以应对不同的地形、狭窄空间和执行各种任务。研究人员使用Nanoscribe Photonic Professional GT2 3D微型打印机和10×镜头一起用于在硅晶片上打印微结构的模具，以在软薄膜上创建微结构。

微型移动机器人由于其操作灵活性和集成小型化的特征，在微创医疗干预方面具有巨大潜力。由于机载空间有限和系绳引起的不良力，开发了无线远程驱动方法，例如光、声波和磁场。磁场可以安全地穿透包括人体组织在内的各种材料，因此它已成为封闭工作空间（例如人体内部）中最广泛使用的机器人驱动方法之一。小型磁性机器人可以采用硬质或软质材料制造。由软材料制成的机器人可以实现大的静态和动态形状变形以及强大的环境和物理适应性，这对于实现多模式运动至关重要，就像生物小型软体生物一样。