皮秒激光加工光敏玻璃制备生物相关微环境

由 ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:30
文章英文标题
Picosecond Laser Processing of Photosensitive Glass for Generation of Biologically Relevant Microenvironments
正文
各种材料加工技术被提出用于制造能够调节细胞行为和解决特定临床问题的智能表面。其中，基于激光的技术由于加工的多功能性引起了人们越来越多的兴趣。最近发展起来的脉宽从几十飞秒( fs )到几皮秒( ps )的超短脉冲激光器，可以在表面和体积上清洁地微纳加工各种材料。本研究探讨了利用高重复频率ps激光辅助刻蚀( PLAE )技术制备光敏玻璃( PG )的可能性，以提高制备效率，为开发用于特定生物应用的工具奠定基础。PLAE制备的微流控结构应提供流动方面、三维特性和产生功能结构的可能性，以实现与生物相关的微环境。具体来说，微流控结构可以在基于扩散的梯度介质中诱导长时间的细胞趋化。更重要的是，3D特性可以重现毛细血管，用于相关器官模型的体外测试。利用所制备的微流控结构进行单细胞捕获和分析对于理解同一群体内的个体细胞行为也是必不可少的。为此，本文提出：( 1 )在玻璃体积内或表面生成用于微流控通道制备的三维结构；( 2 )在受控庄园内消减三维表面图形，生成用于铸造聚二甲基硅氧烷( PDMS )结构和开发单细胞微腔的图形模具；( 3 )设计玻璃光掩模，用于可控形状、尺寸和周期性的生物相容性纳米材料的续加图形。在激光处理的玻璃表面生长的间充质干细胞没有显示出细胞毒性的迹象，而胶原蛋白薄涂层改善了细胞的粘附。
文章内容（英文）
Various material processing techniques have been proposed for fabrication of smart surfaces that can modulate cellular behavior and address specific clinical issues. Among them, laser-based technologies have attracted growing interest due to processing versatility. Latest development of ultrashort pulse lasers with pulse widths from several tens of femtoseconds (fs) to several picoseconds (ps) allows clean microfabrication of a variety of materials at micro- and nanoscale both at surface and in volume. In this study, we addressed the possibility of 3D microfabrication of photosensitive glass (PG) by high repetition rate ps laser-assisted etching (PLAE) to improve the fabrication efficiency for the development of useful tools to be used for specific biological applications. Microfluidic structures fabricated by PLAE should provide the flow aspects, 3D characteristics, and possibility of producing functional structures to achieve the biologically relevant microenvironments. Specifically, the microfluidic structures could induce cellular chemotaxis over extended periods in diffusion-based gradient media. More importantly, the 3D characteristics could reproduce capillaries for in vitro testing of relevant organ models. Single cell trapping and analysis by using the fabricated microfluidic structures are also essential for understanding individual cell behavior within the same population. To this end, this paper demonstrates: (1) generation of 3D structures in glass volume or on surface for fabrication of microfluidic channels, (2) subtractive 3D surface patterning to create patterned molds in a controlled manor for casting polydimethylsiloxane (PDMS) structures and developing single cell microchambers, and (3) designing glass photo-masks to be used for sequel additive patterning of biocompatible nanomaterials with controlled shapes, sizes, and periodicity. Mesenchymal stem cells grown on laser-processed glass surfaces revealed no sign of cytotoxicity, while a collagen thin coating improved cellular adhesion.
来源出处
Journal|[J]Applied SciencesVolume 10, Issue 24. 2020. PP 8947-8947
DOI
https://doi.org/10.3390/APP10248947

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