Nyt væskesystem fremmer udviklingen af kunstige blodkar og biomedicinske applikationer
Naturen inspirerer konsekvent tekniske applikationer. For nylig hentede en gruppe forskere fra Det Tekniske Fakultet ved University of Hong Kong (HKU) ny inspiration fra det vaskulære netværk og udviklede en ny type væskesystem ved navn VasFluidics.
Det fluidiske system kan modulere væskesammensætninger via rumligt forskellige reaktioner mellem væsker og kanalvægge, noget der endnu ikke er blevet realiseret i traditionelle fluidiske systemer.
Dette arbejde blev udført af forskerholdet af professor Anderson Ho Cheung Shums Microfluidics and Soft Matter Team i Department of Mechanical Engineering på Det Tekniske Fakultet.
Deres opdagelse er blevet offentliggjort i Nature Communications , med titlen "Vaskulært netværksinspireret fluidsystem (VasFluidics) med rumligt funktionaliserbare membranøse vægge."
"Den strålende kontrol over blodsammensætninger i kar er bemærkelsesværdig og essentiel, og inspirerer os til at tænke over, hvordan man designer nye fluidiske systemer," sagde Yafeng Yu, den første forfatter til forskningsprojektet.
Det blodkarnetværk, et naturligt væskesystem, inspirerede forskningen. Guidet af det vaskulære netværk udviklede professor Shums team VasFluidics, et fluidsystem med funktionaliserbare membranvægge. I lighed med blodkarvægge er væggene i VasFluidic-kanaler tynde, bløde og i stand til at ændre flydende sammensætninger via fysiske eller kemiske midler.
Denne undersøgelse demonstrerer styrken af VasFluidics i væskebehandling. Efter at adskilte kanalregioner er deponeret med opløsninger eller belagt med enzymer, tillader nogle områder af VasFluidic-kanalerne fysisk specifikke molekyler at passere gennem kanalvæggene, mens nogle kemisk ændrer flydende sammensætninger. Resultaterne minder om glucoseadsorption og metabolismeprocesser i den menneskelige krop.
"VasFluidics er ret anderledes end de traditionelle fluidiske systemer. Kanalvægge i traditionelle enheder er typisk uigennemtrængelige og kan ikke fungere som ægte væv til at 'kommunikere' med væsker inden i eller uden for kanalen til væskemodulation," forklarede Yafeng Yu.
Den rapporterede teknik kombinerer 3D-print og selvsamling af bløde materialer. Forskergruppen udskriver en væske i en anden ublandbar væske og samler bløde membraner på væske-væske-grænsefladen. Udover mikrofluidik-relateret forskning, fokuserer professor Shums gruppe også på montering af blødt materiale på væskegrænsefladen. Det teoretiske og eksperimentelle grundlag for bløde materialer i deres tidligere forskning baner vejen for fremstilling af VasFluidic-enheder.
"VasFluidics har lovende applikationer, især til design af mikrotubulistrukturer og bioblæk. Så det har et stort potentiale at blive kombineret med celleteknologi til at udvikle kunstige blodkarmodeller, som forventes at blive brugt i biomedicinske applikationer, såsom organ-on-chip og organoider," sagde Dr. Yi Pan, en bidragyder til denne forskning, tidligere ph.d. studerende i professor Shums gruppe og i øjeblikket lektor ved College of Medicine ved Southwest Jiaotong University.
Dr. Wei Guo, en anden bidragyder til denne forskning og en forskningsassistent i professor Shums gruppe, tilføjede:"Ud over de videnskabelige fordele og potentielle biomedicinske anvendelser af dette arbejde, sætter det også gang i vores fantasi. Det karvæv i den menneskelige krop, et effektivt transportsystem, er blevet forfinet gennem millioner af års udvikling.
"Ved at demonstrere potentialet i syntetiske systemer som VasFluidics til at rekonstruere vaskulært væv, repræsenterer denne forskning et væsentligt fremskridt i vores bestræbelser på at efterligne og udnytte de ekstraordinære evner i naturens mest præcise og effektive systemer."
Professor Shums team har fokuseret på banebrydende mikrofluidisk teknikker til at skubbe hylderne i præcis (bio)væskekontrol og effektiv (bio)væskeprøveanalyse. På trods af deres fremskridt inden for mikrofluidik-assisteret biomedicinske applikationer, nægtede forskerholdet bare at slå sig ned på de traditionelle opsætninger.
Ved at udforske og realisere potentialet i mikrofluidik til mere effektiv biofluidbehandling og analyse indser teamet, at der er behov for nye paradigmer i design og fremstilling af fluidiske enheder.
"Vores langsigtede mål er at bruge mikrofluidik til at udvikle ultrafølsom analyse af menneskelige kropsvæsker, for at hjælpe præcisionsmedicin mod sygdomme og til gavn for menneskers sundhed," sagde professor Shum.
Professor Shum forudser, at VasFluidics-systemet vil være banebrydende for biomimetiske platforme med kompleks væskemanipulation. "Potentielle biomedicinske anvendelser er ubegrænsede. Eksempler er in vitro-modellering af biologisk væskemekanik, biomolekylesyntese, lægemiddelscreening og sygdomsmodellering i organ-on-chips," sagde han.
Flere oplysninger: Yafeng Yu et al., Vaskulært netværksinspireret fluidsystem (VasFluidics) med rumligt funktionaliserbare membranøse vægge, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45781-3
Journaloplysninger: Nature Communications
Leveret af The University of Hong Kong
Varme artikler
-
Cirkadisk uropdagelse kan bidrage til at øge vandeffektiviteten i fødevareplanterKredit:Gabe Saldana En opdagelse af Texas A&M AgriLife Research-forskere i Dallas giver ny indsigt om det biologiske eller cirkadiske ur, hvordan det regulerer høj vandforbrugseffektivitet i nogle -
Hvordan det at leve med rovdyr kunne hjælpe indfødte arter med at overleveKredit:Jannico Kelk, Forfatter leveret Når vi slipper en gruppe truede dyr ud i naturen, håber vi altid, at de vil overleve. Det gør de normalt ikke. Vi finder bilby-kroppe under buske, bettangs re -
Hvorfor går mennesker oprejst? Hemmeligheden ligger i vores bækkenBækkenmorfologi hos mennesker og afrikanske aber. (A) Det menneskelige bækkens morfologi stod i kontrast til bækkenmorfologierne hos vores nærmeste nulevende slægtninge, chimpanser og gorillaer, set v -
Nye sorghumkultivarer kan producere tusindvis af liter ethanolUF/IFAS -forskere kan lide sorghum, fordi det kan dyrkes to gange om året i Florida, kræver lidt gødning, bruger vand effektivt og kan være tørkebestandig. Kredit:UF/IFAS-udviklede Sorghum-kultivarer
- Forskerteam sporer ti millioner års klimahistorie på Den Arabiske Halvø
- Eksperter:Uber SUV'ers autonome system burde have set en kvinde
- Nye 3D-simuleringer viser, hvordan galaktiske centre afkøler deres jetfly
- Carbon nanorør:Den underlige verden med fjern Joule -opvarmning
- Liste over basisudstyr til svejsning
- Sjælden transit af Merkur finder sted den 11. november