Name: 影像引导下，血管源性微流控网络的基于激光的研制 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 53 s
Description: 了解如何使用飞秒脉冲激光共聚焦显微镜，在PEGDA水凝胶中通过影像引导的激光降解技术构建三维血管源性仿生微流控网络。该方法可精准复现体内血管密度、迂曲度和复杂结构，为组织工程、疾病模型及芯片实验室设备开发提供可靠技术支撑。

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作者感谢特拉华生物技术研究所生物成像中心的 Jeff Caplan 博士和 Michael Moore 先生在共聚焦显微镜使用方面提供的支持。显微镜设备的使用得到了美国国立卫生研究院（NIH）共享仪器资助（S10 RR0272773 和 S10 OD016361）以及特拉华州联邦研发资助计划（16A00471）的支持。本研究获得了美国国立卫生研究院普通医学科学国家研究所（NIH NIGMS）机构发展奖（IDeA）（P20GM103446）、美国癌症协会（14-251-07-IRG）、特拉华大学研究基金会（14A00778）、德克萨斯州癌症预防与研究所（CPRIT）（RR140013）以及美国国立卫生研究院国家医学图书馆（4 R00 LM011390-02）资助项目的支持。

<ol><li>Baish, J. W., Stylianopoulos, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scaling+rules+for+diffusive+drug+delivery+in+tumor+and+normal+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+USA%22%5BJournal%5D)">Scaling rules for diffusive drug delivery in tumor and normal tissues.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 108 (5), 1799-1803 (2011).</li>
<li>Bhatia, S. N., Ingber, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+organs-on-chips%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Microfluidic organs-on-chips.</a> Nature Biotechnol. 32 (8), 760-772 (2014).</li>
<li>Esch, E. W., Bahinski, A., Huh, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organs-on-chips+at+the+frontiers+of+drug+discovery%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Drug+Discov%22%5BJournal%5D)">Organs-on-chips at the frontiers of drug discovery.</a> Nat. Rev. Drug Discov. 14 (4), 248-260 (2015).</li>
<li>Ghaemmaghami, A. M., Hancock, M. J., Harrington, H., Kaji, H., Khademhosseini, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomimetic+tissues+on+a+chip+for+drug+discovery%5BTitle%5D)+AND+%22Drug+Discov.+Today%22%5BJournal%5D)">Biomimetic tissues on a chip for drug discovery.</a> Drug Discov. Today. 17 (3-4), 173-181 (2012).</li>
<li>Jeon, J. S., Bersini, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+3D+vascularized+organotypic+microfluidic+assays+to+study+breast+cancer+cell+extravasation%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+USA%22%5BJournal%5D)">Human 3D vascularized organotypic microfluidic assays to study breast cancer cell extravasation.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 112 (1), 214-219 (2015).</li>
<li>Pisano, M., Triacca, V., Barbee, K. A., Swartz, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+in+vitro+model+of+the+tumor-lymphatic+microenvironment+with+simultaneous+transendothelial+and+luminal+flows+reveals+mechanisms+of+flow+enhanced+invasion%5BTitle%5D)+AND+%22Integr.+Biol%22%5BJournal%5D)">An in vitro model of the tumor-lymphatic microenvironment with simultaneous transendothelial and luminal flows reveals mechanisms of flow enhanced invasion.</a> Integr. Biol. 7 (5), 525-533 (2015).</li>
<li>Heintz, K. A., Bregenzer, M. E., Mantle, J. L., Lee, K. H., West, J. L., Slater, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+3D+Biomimetic+Microfluidic+Networks+in+Hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Healthc.+Mater%22%5BJournal%5D)">Fabrication of 3D Biomimetic Microfluidic Networks in Hydrogels.</a> Adv. Healthc. Mater. , (2016).</li>
<li>Cuchiara, M. P., Gould, D. J., McHale, M. K., Dickinson, M. E., West, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integration+of+Self-Assembled+Microvascular+Networks+with+Microfabricated+PEG-Based+Hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Funct.+Mater%22%5BJournal%5D)">Integration of Self-Assembled Microvascular Networks with Microfabricated PEG-Based Hydrogels.</a> Adv. Funct. Mater. 22 (21), 4511-4518 (2012).</li>
<li>Culver, J. C., Hoffmann, J. C., Poché, R. A., Slater, J. H., West, J. L., Dickinson, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-Dimensional+Biomimetic+Patterning+in+Hydrogels+to+Guide+Cellular+Organization%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Three-Dimensional Biomimetic Patterning in Hydrogels to Guide Cellular Organization.</a> Adv. Mater. 24 (17), 2344-2348 (2012).</li>
<li>Kim, S., Lee, H., Chung, M., Jeon, N. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+of+functional%2C+perfusable+3D+microvascular+networks+on+a+chip%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Engineering of functional, perfusable 3D microvascular networks on a chip.</a> Lab Chip. 13 (8), 1489(2013).</li>
<li>Saik, J. E., Gould, D. J., Keswani, A. H., Dickinson, M. E., West, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomimetic+Hydrogels+with+Immobilized+EphrinA1+for+Therapeutic+Angiogenesis%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Biomimetic Hydrogels with Immobilized EphrinA1 for Therapeutic Angiogenesis.</a> Biomacromolecules. 12 (7), 2715-2722 (2011).</li>
<li>Zisch, A. H., Lutolf, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell-demanded+release+of+VEGF+from+synthetic%2C+biointeractive+cell-ingrowth+matrices+for+vascularized+tissue+growth%5BTitle%5D)+AND+%22FASEB+J%22%5BJournal%5D)">Cell-demanded release of VEGF from synthetic, biointeractive cell-ingrowth matrices for vascularized tissue growth.</a> FASEB J. , (2003).</li>
<li>He, J., Zhu, L., Liu, Y., Li, D., Jin, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequential+assembly+of+3D+perfusable+microfluidic+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Sci.+Mater.+Med%22%5BJournal%5D)">Sequential assembly of 3D perfusable microfluidic hydrogels.</a> J. Mater. Sci. Mater. Med. 25 (11), 2491-2500 (2014).</li>
<li>Therriault, D., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chaotic+mixing+in+three-dimensional+microvascular+networks+fabricated+by+direct-write+assembly%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Chaotic mixing in three-dimensional microvascular networks fabricated by direct-write assembly.</a> Nat. Mater. 2 (4), 265-271 (2003).</li>
<li>Wu, W., DeConinck, A., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Omnidirectional+Printing+of+3D+Microvascular+Networks%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Omnidirectional Printing of 3D Microvascular Networks.</a> Adv. Mater. 23 (24), H178-H183 (2011).</li>
<li>Kolesky, D. B., Truby, R. L., Gladman, A. S., Busbee, T. A., Homan, K. A., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+Bioprinting+of+Vascularized%2C+Heterogeneous+Cell-Laden+Tissue+Constructs%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">3D Bioprinting of Vascularized, Heterogeneous Cell-Laden Tissue Constructs.</a> Adv. Mater. 26 (19), 3124-3130 (2014).</li>
<li>Zervantonakis, I. K., Hughes-Alford, S. K., Charest, J. L., Condeelis, J. S., Gertler, F. B., Kamm, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+microfluidic+model+for+tumor+cell+intravasation+and+endothelial+barrier+function%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+USA%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional microfluidic model for tumor cell intravasation and endothelial barrier function.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 109 (34), 13515-13520 (2012).</li>
<li>Roudsari, L. C., West, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Studying+the+influence+of+angiogenesis+in+in+vitro+cancer+model+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Drug+Deliv.+Rev%22%5BJournal%5D)">Studying the influence of angiogenesis in in vitro cancer model systems.</a> Adv. Drug Deliv. Rev. , (2015).</li>
<li>Dawson, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scaling+laws+for+capillary+vessels+of+mammals+at+rest+and+in+exercise%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+R.+Soc.+Long.+%5BBiol.%5D%22%5BJournal%5D)">Scaling laws for capillary vessels of mammals at rest and in exercise.</a> Proc. R. Soc. Long. [Biol.]. 270 (1516), 755-763 (2003).</li>
<li>Vogel, A., Noack, J., Hüttman, G., Paltauf, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanisms+of+femtosecond+laser+nanosurgery+of+cells+and+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+B%22%5BJournal%5D)">Mechanisms of femtosecond laser nanosurgery of cells and tissues.</a> Appl. Phys. B. 81 (8), 1015-1047 (2005).</li>
<li>Sarig-Nadir, O., Livnat, N., Zajdman, R., Shoham, S., Seliktar, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laser+Photoablation+of+Guidance+Microchannels+into+Hydrogels+Directs+Cell+Growth+in+Three+Dimensions%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys.+J%22%5BJournal%5D)">Laser Photoablation of Guidance Microchannels into Hydrogels Directs Cell Growth in Three Dimensions.</a> Biophys. J. 96 (11), 4743-4752 (2009).</li>
<li>Three-dimensional guidance of DRG neurite outgrowth using multi-photon photo-ablation. Livnat, N., Sarig-Nadir, O., Seliktar, D., Shoham, S. 2009 4th International IEEE/EMBS Conference on Neural Engineering, , 116-119 (2009).</li>
<li>Applegate, M. B., Coburn, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laser-based+three-dimensional+multiscale+micropatterning+of+biocompatible+hydrogels+for+customized+tissue+engineering+scaffolds%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+USA%22%5BJournal%5D)">Laser-based three-dimensional multiscale micropatterning of biocompatible hydrogels for customized tissue engineering scaffolds.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 112 (39), 12052-12057 (2015).</li>
<li>Ilina, O., Bakker, G. J., Vasaturo, A., Hoffman, R. M., Friedl, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-photon+laser-generated+microtracks+in+3D+collagen+lattices%3A+principles+of+MMP-dependent+and+-independent+collective+cancer+cell+invasion%5BTitle%5D)+AND+%22PB%22%5BJournal%5D)">Two-photon laser-generated microtracks in 3D collagen lattices: principles of MMP-dependent and -independent collective cancer cell invasion.</a> PB. 8 (2), (2011).</li>
<li>Naik, P., Cucullo, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+Vitro+Blood-Brain+Barrier+Models%3A+Current+and+Perspective+Technologies%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Pharm.+Sci%22%5BJournal%5D)">In Vitro Blood-Brain Barrier Models: Current and Perspective Technologies.</a> J. Pharm. Sci. 101 (4), 1337-1354 (2012).</li>
<li>Choe, Y., Mayerich, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Specimen+Preparation%2C+Imaging%2C+and+Analysis+Protocols+for+Knife-edge+Scanning+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22JoVE%22%5BJournal%5D)">Specimen Preparation, Imaging, and Analysis Protocols for Knife-edge Scanning Microscopy.</a> JoVE. (58), (2011).</li>
<li>Mayerich, D., Kwon, J., Sung, C., Abbott, L., Keyser, J., Choe, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+macro-scale+transmission+imaging+of+microvascular+networks+using+KESM%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed.+Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Fast macro-scale transmission imaging of microvascular networks using KESM.</a> Biomed. Opt. Express. 2 (10), 2888-2896 (2011).</li>
<li>Chung, J. R., Sung, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiscale+Exploration+of+Mouse+Brain+Microstructures+Using+the+Knife-Edge+Scanning+Microscope+Brain+Atlas%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Neuroinform%22%5BJournal%5D)">Multiscale Exploration of Mouse Brain Microstructures Using the Knife-Edge Scanning Microscope Brain Atlas.</a> Front. Neuroinform. 5, (2011).</li>
<li>Schindelin, J., Arganda-Carreras, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiji%3A+an+open-source+platform+for+biological-image+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Methods%22%5BJournal%5D)">Fiji: an open-source platform for biological-image analysis.</a> Nat. Methods. 9 (7), 676-682 (2012).</li>
<li>Shukla, A., Slater, J. H., Culver, J. C., Dickinson, M. E., West, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomimetic+Surface+Patterning+Promotes+Mesenchymal+Stem+Cell+Differentiation%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl.+Mater.+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Biomimetic Surface Patterning Promotes Mesenchymal Stem Cell Differentiation.</a> ACS Appl. Mater. Interfaces. , (2015).</li>
<li>Slater, J. H., Culver, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recapitulation+and+Modulation+of+the+Cellular+Architecture+of+a+User-Chosen+Cell+of+Interest+Using+Cell-Derived%2C+Biomimetic+Patterning%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Recapitulation and Modulation of the Cellular Architecture of a User-Chosen Cell of Interest Using Cell-Derived, Biomimetic Patterning.</a> ACS Nano. 9 (6), 6128-6138 (2015).</li>
<li>Slater, J. H., West, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+Multifaceted%2C+Micropatterned+Surfaces+and+Image-Guided+Patterning+Using+Laser+Scanning+Lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Fabrication of Multifaceted, Micropatterned Surfaces and Image-Guided Patterning Using Laser Scanning Lithography.</a> Methods Cell Biol. 119, 193-217 (2014).</li>
<li>DeLong, S. A., Gobin, A. S., West, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Covalent+immobilization+of+RGDS+on+hydrogel+surfaces+to+direct+cell+alignment+and+migration%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Control.+Release%22%5BJournal%5D)">Covalent immobilization of RGDS on hydrogel surfaces to direct cell alignment and migration.</a> J. Control. Release. 109 (1-3), 139-148 (2005).</li>
<li>DeForest, C. A., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cytocompatible+click-based+hydrogels+with+dynamically-tunable+properties+through+orthogonal+photoconjugation+and+photocleavage+reactions%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Chem%22%5BJournal%5D)">Cytocompatible click-based hydrogels with dynamically-tunable properties through orthogonal photoconjugation and photocleavage reactions.</a> Nat. Chem. 3 (12), 925-931 (2011).</li>
<li>Kloxin, A. M., Kasko, A. M., Salinas, C. N., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photodegradable+Hydrogels+for+Dynamic+Tuning+of+Physical+and+Chemical+Properties%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Photodegradable Hydrogels for Dynamic Tuning of Physical and Chemical Properties.</a> Science. 324 (5923), 59-63 (2009).</li>
<li>Tibbitt, M. W., Kloxin, A. M., Dyamenahalli, K. U., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+two-photon+photodegradation+of+PEG+hydrogels+to+study+and+manipulate+subcellular+interactions+on+soft+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Controlled two-photon photodegradation of PEG hydrogels to study and manipulate subcellular interactions on soft materials.</a> Soft Matter. 6 (20), 5100-5108 (2010).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

关键在于覆盖显微镜软件的标准功能，以实现利用虚拟掩模进行图像引导的激光降解，因此必须仔细设置和操作显微镜宏。显微镜软件与显微镜宏之间的交互方式有时可能违反直觉，为此我们投入了大量精力来确定两个程序中的最佳设置，从而开发出本方法。建议使用者对激光扫描共聚焦显微镜的基本操作具有基本了解，尤其是在尝试激光降解之前，应熟练使用&#34;Stage&#34;和&#34;Focus&#34;窗口，在x、y和z维度上找到水凝胶并将其准确定位。此外，入口通道的制备对本实验方案至关重要；悬浮的荧光物质必须能够进入微流控系统，才能成功成像并表征网络结构。需要注意的是，本方案适用于配备特定飞秒脉冲激光器、运行特定版本显微镜软件和显微镜宏的特定激光扫描共聚焦显微镜（详见“特定材料/设备清单”中的说明）。我们发现，较新版本的显微镜宏缺乏图像引导激光控制所必需的控制功能和操作特性。尽管可使用其他显微镜平台和脉冲激光源，但本方案专门针对该系统设计，若更换平台、激光源或软件，则需相应调整。然而，本方案中的基本原理仍然普遍适用。
对该方案的一种可能改进是改变水凝胶的组成。本研究中采用的是5 wt%、3.4 kDa的PEGDA水凝胶，但基于激光的降解技术（除用于生成微流控网络外）已被应用于降解多种合成与天然水凝胶，包括聚乙二醇化纤维蛋白原21,22、丝蛋白水凝胶23以及胶原蛋白24。调整激光功率、扫描速度、Z层间间距以及重复次数，将有助于确定在其他水凝胶体系中构建微流控网络的最佳参数。
该技术目前的一个局限性在于，在合理的时间内可降解的水凝胶总体积有限。为了在水凝胶内创建开放的空腔或微流控结构，当使用37.7 nJ/µm2的激光能量密度时，激光驻留时间必须达到或超过8.96 µs/像素（或激光扫描速度为0.021 µm/µs）。在这些参数下，降解0.014 mm3体积内的血管结构需要1.4小时（如图1所示）。若采用4.48 µs/像素或更低的激光驻留时间，所提供的能量不足以完全降解本研究所使用的水凝胶配方。通过采用不同的水凝胶组成，有望克服这一限制。例如，使用含有光敏组分的光可裂解凝胶34-36，或具有较大双光子吸收截面的水凝胶21-24，都是可行的选择，这些材料可在较低能量下实现更快的降解。在尺寸限制方面，已有研究在水凝胶中加工出深达1.5 mm的结构7。可实现的加工深度取决于物镜的工作距离，使用专为体内成像优化的超长工作距离物镜可进一步增加深度。使用20X（NA1.0）水浸物镜所制备的最小通道7，其宽度为3.3 µm，深度为8.9 µm，与图1中生成的最小通道尺寸相当。尽管其他实验室曾使用较低数值孔径（NA）的物镜21,23,24，但我们预计，采用更高NA的物镜可在牺牲工作距离的前提下，制造出特征尺寸更小的微流控网络。然而，最终该技术的分辨率取决于聚焦激光束的点扩散函数、激光扫描特性、激光输出能量以及被降解材料对激光的吸收特性。
此外，必须根据水凝胶的特性（交联密度、大分子/单体分子量、质量百分比以及水凝胶类型：蛋白质基与合成型）优化激光参数（扫描速度、能量密度、虚拟掩模间距及重复次数），因为这些因素会固有地改变水凝胶与激光之间的相互作用，从而影响最终加工分辨率。由于激光能量输出还受所用物镜的影响，在更换不同物镜时还需进行额外的参数优化。就相关成本而言，需要配备带有脉冲激光器的显微镜，尽管可使用多种不同物镜，但应优先选择高数值孔径（NA）且工作距离较长的物镜（用于 体内 成像可能成本较高。
除了本文详细描述的方案外，使用该技术制备的微流控网络还可以在通道成型后通过功能化修饰细胞黏附肽，以促进内皮细胞的黏附和管腔形成7。此外，在通道降解前，若在体相材料中引入细胞可降解的肽序列9，则可研究细胞向水凝胶内部及穿过水凝胶的迁移过程。为了实现水凝胶内微流控网络的持续流体化，可将水凝胶在较大的流体装置或外壳中进行光聚合，如图2和图3所示7。
通过血管发生或血管生成的自组装形成血管网络8-12 提供了一种简单的方法，可在相对较大的水凝胶体积内诱导血管化。尽管该方法能够形成可灌注的流体网络，但难以直接控制网络的尺寸、迂曲度、密度以及整体结构。由于这一局限性，不同实验之间的血管内流动轮廓和剪切速率可能存在差异。另一种方法是采用微加工技术13-16 可直接控制网络结构，但通常受限于无法生成毛细血管尺寸的微小通道，或难以制造出模拟密集网络的结构 体内 血管结构。本文所述基于激光的水凝胶降解技术虽为新近重新应用于微流控生成，但其同时克服了现有微加工方法在结构控制和尺寸限制方面的不足，能够构建出仿生的三维微流控网络，真实再现血管系统的密度、迂曲度、尺寸范围及整体架构 体内 血管系统。此外，可在单个水凝胶中生成多个流体网络，从而实现对网络间物质运输的研究7. 对于致力于更精确模拟的组织工程应用 体内 转运过程 体外，此处所述的高分辨率水凝胶包埋微流控网络非常适用。我们预计该方案将有助于开发出更精确模拟 体内 用于药物筛选装置的运输 体外 疾病模型

血管系统由淋巴管和心血管系统组成，形成高度密集的网络，对营养物质和氧气的输送以及代谢废物的清除至关重要。因此，血管化组织中的细胞与血管的距离从不超过50–100 µm。1. 可重复性能力 体内 血管结构 体外 准确建模的关键 体内 利用工程化构建体研究转运过程。随着近年来推动器官芯片设备的开发2 用于高通量药物筛选3,4 和疾病建模5,6，用于构建可重现微流控网络的方法 体内类组织运输在合成或天然水凝胶中正受到广泛关注。为了增强这些装置中所用微组织的仿生性，我们开发了一种基于图像引导的激光水凝胶降解方法，该方法利用天然血管系统的三维（3D）图像序列作为模板，在聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）水凝胶中构建出源自血管的微流体网络。7本方案概述了使用市售的配备飞秒脉冲激光器的激光扫描共聚焦显微镜，通过图像引导的激光降解方法，在聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）水凝胶中制备血管来源的仿生微流控网络。
目前使水凝胶液化的方法包括诱导血管生成8-10 或促血管生成的10-12 内皮细胞自组装与微加工技术用于构建预设的内皮化通道13-16尽管自组装网络能够重现微血管的密度和复杂结构，但其通透性通常高于 体内 网络11,17,18这在药物筛选应用的运输建模中可能存在问题。自组装网络包含生理学上相关的、毛细血管尺寸的管道，但由于难以生成更大尺寸的小动脉级管道，其与整体流体流动的整合可能较为困难。由于无法直接控制这些网络的组装过程，最终结构可能在不同样本间存在差异，导致难以重复制备出具有相同流体流动和传输特性的网络。
为了构建具有可重复几何形状和明确定义结构的三维水凝胶包埋微流体网络，已开发出多种微加工技术，包括模块化组装13、牺牲材料的三维打印16、直接书写组装14以及全向打印15。利用这些方法，可在多个结构中重复制造微流体结构，从而实现对流体流动和传输特性的精确控制。然而，这些方法的主要局限在于无法构建具有毛细血管尺寸特征（4至10 µm19）的微流体网络。大多数微加工技术通常仅能实现直径在150至650 µm范围内的结构特征13,16。部分现有技术能够生成具有宽直径范围通道的分级网络，例如直接书写组装可实现10至300 µm的通道14，全向打印可实现18至600 µm的通道15，但它们在生成密集网络或在同一结构内近距离构建多个微流体网络方面仍存在局限7。
为了克服其中一些局限性，我们开发了一种基于激光的图像引导水凝胶降解技术，可重复地构建出仿生的、具有层级结构的微流控网络，以重现目标结构的架构 体内 微血管结构。为此，根据水凝胶内预设的三维位置图像，使用波长为790 nm、脉冲宽度为140飞秒（fs）、重复频率为80 MHz的脉冲激光在目标区域进行光栅扫描， 体内 血管系统。我们推测，该降解过程通过激光诱导的水光学击穿、随之产生的等离子体形成、水的快速热弹性膨胀，以及水膨胀过程中水凝胶的局部降解而实现20该机制与基于激光的蛋白质水凝胶降解机制略有不同21-24与PEGDA不同，蛋白质通常具有较大的双光子截面，因此会通过双光子吸收诱导的化学断裂而发生降解。23通过图像衍生的虚拟掩模控制激光快门，以生成图像引导的微流控网络，该虚拟掩模由多个感兴趣区域拼接而成9 定义微流控结构。利用该方法，我们已成功制备出三维血管来源的仿生微流控网络，可重现密集且迂曲的血管结构。 在体 血管系统，以便通过调节降解过程中传递的能量来局部控制水凝胶的孔隙率。我们还成功构建了两个相互交织且紧密相邻（15 µm）但从未直接连通的独立微流控网络。7我们还证明了通过在激光降解后对微通道进行功能化修饰，引入整合素配体肽序列精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-丝氨酸（RGDS），可实现降解微通道的内皮化，促进内皮细胞黏附和管腔形成。7.
通过本方案，可利用商业显微镜（在多数高校校园内均可获得）结合基于图像引导的激光降解技术，在聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）水凝胶中构建复杂的微流控网络。由于降解过程由数字化的虚拟掩模引导，该制造技术适用于创造性地设计微流控网络，因而可广泛应用于多种场景。我们预计，本文所述方法在设计仿生类器官和类人芯片装置方面将具有显著优势，能够模拟药物转运过程中关键的生物传输过程。2该制备技术也可能对生成 体外 疾病模型，包括癌症转移5,6 以及血脑屏障模型25由于基于激光的水凝胶降解技术此前已被用于为神经突起的生长导向创建路径21-23该技术的图像引导延伸在高级组织工程策略中可能具有重要应用价值，可用于将细胞定位在用户自定义的三维空间结构中。

<table><tbody><tr><td>MATLAB</td><td>Mathworks</td><td>R2015a</td><td>在实验方案中称为 &quot;编程软件&quot;；有关算法的详细信息，请参见文献来源9</td></tr><tr><td>FIJI（Fiji is Just Image J）</td><td>NIH</td><td>版本 1.51a</td><td>在实验方案中称为 &quot;图像处理软件&quot;</td></tr><tr><td>LSM 780 共聚焦显微镜</td><td>Zeiss</td><td></td><td>在实验方案中称为 &quot;激光扫描共聚焦显微镜&quot;；用于基于激光的水凝胶降解</td></tr><tr><td>Zen 2010B SP1</td><td>Zeiss</td><td>发布版本 6.0</td><td>在实验方案中称为 &quot;显微镜软件&quot;；用于 Zeiss LSM-780</td></tr><tr><td>Multitime, 2010</td><td>Zeiss</td><td>v16.0</td><td>在实验方案中称为 &quot;显微镜宏&quot;；用于 Zeiss LSM-780（需与 Zen 配合使用）</td></tr><tr><td>W Plan-Apochromat 20X/1.0 DIC D=0.17 M27 75 mm 物镜</td><td>Zeiss</td><td>421452-9880-000</td><td>用于 Zeiss LSM-780</td></tr><tr><td>Chameleon Vision II 锁模 Ti:S 激光器</td><td>Coherent</td><td></td><td>在实验方案中称为 &quot;高功率脉冲激光器&quot;</td></tr><tr><td>氯化钠</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5886-1KG</td><td></td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H3375-250G</td><td></td></tr><tr><td>三乙醇胺（TEOA）</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>90279-100ML</td><td>易燃；对皮肤和眼睛有刺激性；应在通风橱中操作</td></tr><tr><td>氢氧化钠</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5881-500G</td><td></td></tr><tr><td>150 mL 真空过滤杯，带 0.2 &amp;micro;m PES 膜</td><td>VWR</td><td>10040-460</td><td></td></tr><tr><td>PEGDA</td><td>实验室自制</td><td></td><td>合成方法请参见文献来源33；需在氩气环境下储存</td></tr><tr><td>伊红Y二钠盐</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>E6003-25G</td><td></td></tr><tr><td>1-乙烯基-2-吡咯烷酮（NVP）</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>V3409-5G</td><td>需在氩气环境下储存；具有致癌性；应在通风橱中操作</td></tr><tr><td>3M 双面胶带，9500PC，6.0 mil</td><td>Thomas Goldkamp</td><td>37728</td><td></td></tr><tr><td>Flexmark 90 PFW 衬垫</td><td>FLEXcon</td><td>FLX000620</td><td>用于双面胶带的操作背衬</td></tr><tr><td>SC 型号绘图仪（胶粘剂切割器）</td><td>USCutter</td><td>SC631E</td><td>用于将胶粘剂切割成环形，以连接盖玻片与培养皿</td></tr><tr><td>带 20 mm 孔的 60 mm 培养皿</td><td>MatTek Corporation</td><td>P60-20-F-NON</td><td></td></tr><tr><td>高强度照明器（白光光源）</td><td>Fiber-Lite</td><td>4715MS-12WB10</td><td></td></tr><tr><td>功率计</td><td>Newport</td><td>1916-R</td><td>使用白光光源时检测 524 nm 处的功率</td></tr><tr><td>超薄型探头检测器</td><td>Newport</td><td>918D-ST</td><td>与功率计配合使用</td></tr><tr><td>Sylgard 184 硅橡胶弹性体试剂盒</td><td>Dow Corning</td><td>3097358-1004</td><td>用于制作 PDMS 模具；制备方法请参见文献来源7</td></tr><tr><td>TMPSA功能化#1.5盖玻片，40 mm圆形</td><td>实验室自制</td><td></td><td>制备方法请参见文献来源7</td></tr><tr><td>葡聚糖，荧光素标记，分子量2,000,000，阴离子型，可与赖氨酸交联</td><td>Life Technologies</td><td>D7137</td><td>可使用其他标记葡聚糖；2,000 kDa 的分子不易扩散进入5% 3.4 kDa PEGDA水凝胶</td></tr><tr><td>1 mL 注射器，鲁尔锁扣式</td><td>BD</td><td>309628</td><td></td></tr><tr><td>Acrodisc 注射器滤器，0.2 &amp;micro;m Supor 膜，低蛋白结合</td><td>Pall</td><td>PN 4602</td><td></td></tr><tr><td>sticky-Slide VI&lt;sup&gt;0.4&amp;nbsp;&lt;/sup&gt;</td><td>Ibidi</td><td>80601</td><td>可用于承载水凝胶的微流控装置</td></tr></tbody></table>

基于影像引导的激光制造血管衍生微流体网络

Image-guided, Laser-based Fabrication of Vascular-derived Microfluidic Networks

本详细方案概述了采用图像引导的激光降解法，在聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）水凝胶中构建血管衍生的微流控网络的制备方法。本文描述了虚拟掩模的创建，以实现图像引导下的激光控制；微模塑 PEGDA 水凝胶的光聚合过程，适用于微流控网络的构建及压力驱动流体流动；商用激光扫描共聚焦显微镜与飞秒脉冲钛宝石（Ti:S）激光器的组装与使用，以诱导水凝胶降解；以及利用荧光物质和共聚焦显微镜对所制备的微流控网络进行成像。本方案的大部分内容聚焦于显微镜软件及显微镜宏程序的正确设置与实施，这些步骤在利用商用显微镜进行微流控结构制造时至关重要，且包含诸多技术细节。该技术的图像引导组件支持三维图像堆栈或用户自定义三维模型的导入，从而实现灵活的微流控设计，并可制备几乎任意构型的复杂微流控系统。该方法在组织工程领域具有重要应用前景，有望推动类器官和类人芯片装置中高级仿生微组织结构的构建。通过模拟复杂结构、迂曲度、尺寸及密度的 体内 血管系统，这些结构中可复制重要的生物转运过程，从而实现更精确的模拟 体外 药物药代动力学与疾病建模

为了演示基于图像引导的激光降解水凝胶技术以构建三维血管来源的微流控网络，我们采用了一组通过刀锋扫描显微镜（KESM）获取的小鼠脑血管三维图像序列26,27。从该较大的微血管数据集中选取一个三维区域，并如上所述将其转换为一系列用于图像引导微流控网络构建的虚拟掩模。制造完成后，将所得微流控网络用含有FITC标记的2,000 kDa葡聚糖溶液灌注，并通过共聚焦显微镜成像。定义网络结构的体内血管图像序列（图1A和C）与所制备的微流控网络（图1B和D）被用于生成Z轴投影图像（图1A和B）以及三维重建图像（图1C和D）。图像对比表明，基于图像引导的激光水凝胶降解技术能够制造出可重现体内血管尺寸、迂曲度及复杂结构特征的三维仿生微流控网络。该技术适用于构建包含多种直径范围的网络；在图1中，所生成的通道直径范围为3.3至28.8 µm。请注意，图1B左上方以及图1D左侧角落中较大的矩形结构是用于向网络引入流体的进样通道。
<img alt="体内血管系统与微流控网络，Z轴投影与三维重建，显微镜分析" src="/files/ftp_upload/55101/55101fig1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图1"> 
图1：血管来源的微流控网络 一系列源自小鼠脑血管图像堆栈的虚拟掩膜（A 和 C），用于构建嵌入 PEGDA 水凝胶中的三维仿生微流控网络（B 和 D) 通过图像引导的激光降解实现。微流控网络灌注了2,000 kDa FITC标记的葡聚糖，并通过共聚焦显微镜成像。Z投影（A 和 B）和三维重建图像（C 和 D两个网络的密度、组织结构和整体构型展示了生成微流控网络的能力，可重现目标结构的密度、组织和整体架构 体内 血管系统。箭头（D) 标记为引入葡聚糖所创建的矩形入口。比例尺代表 50 µm. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55101/55101fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处以查看此图的放大版本。</a>
我们采用了两种方法——压力头和注射泵，以在这些嵌入式微流控网络中启动流体流动。例如，一个30乘以 30 µm 矩形通道被制备用于连接微模塑PEGDA水凝胶中的两个孔洞（图 2A），通过压力差驱动流体流动7左侧小孔中产生的压力头驱动液体流经微通道并进入右侧小孔。在 图2A，通过延时显微镜观察到四甲基罗丹明（TRITC）标记的70 kDa葡聚糖初始前沿在通道中移动。随后，在 图2B，10-µm 直径荧光聚苯乙烯微球从左侧孔经通道流向右侧孔。通过控制入口微模压孔中液体的体积来调控流动持续时间，通过调节入口与出口孔之间的流体静压梯度来控制流速。这种由压力差驱动的微流体流动在微模压水凝胶中提供了一种无需外部装置或注射泵的简单流动诱导方法。
<img alt="扩散过程，70 kDa 葡聚糖和 10 µm 微球；延时显微图像，运输分析。" src="/files/ftp_upload/55101/55101fig2.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 2"> 
图 2：微模压 PEGDA 水凝胶中的压差驱动流动。通过微模压技术制备 PEGDA 水凝胶，形成包含两个储液井并通过嵌入式微通道相连的结构。在左侧储液井中施加压差，驱动 TRITC 标记的 70 kDa 葡聚糖（A1-A3）和 10 µm 聚苯乙烯微球（B1-B3）通过横截面为 30 × 30 µm 的矩形通道从一个储液井流向另一个储液井。比例尺为 50 µm。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55101/55101fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
或者，为了在微流控网络中产生稳定的液体流动，可通过在具有进样口和出样口的二级微流控装置内对水凝胶进行光聚合，以实现由注射泵驱动的流动。在图3A中，展示了一种市售的预制微流控装置，其中一条1 mm宽的水凝胶带在装置宽度方向上通过光聚合形成7。采用基于激光的降解方法，按照本文所述用于独立水凝胶的相同方案，在封装于装置内的水凝胶中构建微流控通道和网络。在图3B中可观察到由注射泵产生的流动，其中在装置内的水凝胶中构建了一条直径为20 µm的圆柱形通道。在此直径为20 µm的通道中，无流体流动时，单个直径为2 µm的荧光聚苯乙烯微球可被清晰分辨（图3B1）；而当施加5 µL/s的流速时，微球穿过视野，表现为拖尾现象（图3B2）。该方法同样被用于诱导流体通过一个二维的、源自血管结构的网络，以监测TRITC标记的65 kDa葡聚糖在该网络中的流动及其向周围水凝胶的扩散情况（图3C）。
<img alt="微流控装置；荧光显微镜结果；0 和 5 μL/sec 下的颗粒流动；延时成像。" src="/files/ftp_upload/55101/55101fig3.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 3"> 
图 3：在微流控装置中光聚合的 PEGDA 水凝胶内由注射泵驱动的流体流动。 一种市售的预制微流控装置（A），其微通道尺寸为 17 × 3.8 × 0.53 mm（x, y, z），内部包含一个光聚合形成的 1 × 3.8 × 0.53 mm（x, y, z）PEGDA 水凝胶，黑色箭头所示。在水凝胶中降解出一条直径为 20 µm 的圆柱形通道，并将直径为 2 µm 的聚苯乙烯微球泵入装置中（B）。在无流体流动时，微球清晰可分辨（B1）；但在流速为 5 µL/s 时，微球呈现为条纹状（B2）。在另一块封装的水凝胶中，构建了一个二维血管衍生网络，并将 TRITC 标记的 65 kDa 右旋糖酐泵入该网络（C）。采用延时显微技术监测荧光标记的右旋糖酐填充通道并扩散至周围水凝胶的过程。图中（B）和（C）中的白色箭头指示流体流动方向。（C）中的标定条表示荧光右旋糖酐的强度。比例尺在（B1）和（B2）中代表 20 µm，在（C）中代表 50 µm。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55101/55101fig3large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>

本方案概述了采用图像引导的激光降解技术，在聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）水凝胶中构建源自血管、具有仿生特性的微流体网络的方法。此类仿生微流体系统可应用于组织工程、组织构建 体外 疾病模型，以及先进的“芯片上”设备的制备。

本详细方案概述了采用图像引导的激光降解水凝胶技术，用于构建血管衍生的微流控芯片……

本实验方案的总体目标是描述如何使用配备飞秒脉冲激光器的共聚焦显微镜，通过基于图像引导的激光降解技术，在聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶中生成三维血管仿生微流控网络。该技术的一个显著优势在于能够生成精确再现体内血管系统密度、迂曲度、尺寸范围及整体结构特征的三维仿生微流控网络。这种微流控结构制备方法将有助于提升我们构建更接近体内环境的组织工程结构、仿生疾病模型以及超高密度芯片器件的能力。该方法的可视化演示至关重要，因为显微镜软件的正确设置和操作并不直观，但对于形成目标微流控网络却极为关键。许多准备工作已在文字版实验方案中有所涵盖，包括生成虚拟掩模、配置显微镜，以及将虚拟掩模上传至显微镜软件。为实现PEGDA水凝胶的光聚合，首先需将一圈双面胶粘附于一个底部已切出20毫米孔洞的60毫米培养皿上。接下来，在通风橱中，将 1 毫升含 TEOA 的 HBS 加入用铝箔包裹的 2 毫升棕色离心管中。然后，向管中加入 10 微升 1 毫摩尔的伊红 Y 二钠盐。现在，使用玻璃移液管将少量 NVP 移入玻璃烧杯中。从该体积中取出 3.5 微升 NVP，并转移至混合物中。接着，将 10 毫克 3.4 千道尔顿 PEGDA 加入另一支覆有铝箔的试管中。然后，加入 0.2 毫升混合物，制成 5% 质量/体积的 PEGDA 预聚体溶液。现在，涡旋预聚物溶液直至 PEGDA 完全溶解。然后，用移液器吸取 60 微升该溶液，滴加到 PDMS 模具上，注意避免引入气泡。接着，将一块经丙烯酸化处理的 40 毫米 1.5 号玻璃盖玻片置于 PDMS 间隔层上的溶液中央。然后将组装件置于校准为输出95毫瓦的白光光源下，聚合物固化3分钟。接着，在模具与盖玻片之间通入蒸馏水，使水凝胶与PDMS分离，并冲洗水凝胶。然后，小心地将盖玻片边缘轻轻拍干，注意不要从水凝胶中吸走水分。现在将盖玻片贴附到已准备好的培养皿上，稍加压力有助于粘附。然后，将水凝胶浸入蒸馏水中。按照文本方案中的描述设置激光扫描共聚焦显微镜，并启动水凝胶可视化配置。随后，将水凝胶和培养皿安装至载物台插件中，并置于载物台上。接下来，向培养皿中加入至少五毫升蒸馏水，并将水浸物镜降至接近水凝胶上方但不与之接触的位置。然后，单击“实时”以开启氩离子激光线。接着，对水凝胶进行聚焦，直至在水凝胶的上表面观察到伊红Y信号为止。为帮助定位水凝胶，可尝试暂时提高激光功率百分比或针孔尺寸。标记水凝胶顶部和底部以及孔底部的位置，然后使用操纵杆横向移动，找到孔的边缘。在焦点窗口中，使用 Z 位置框旁边的向下箭头，将焦平面在水凝胶内向下移动 150 微米。下一步至关重要：在载物台窗口中将 X 和 Y 位置归零，然后删除所有其他标记位置，仅保留归零后的位置标记。现在，开始形成入口通道的过程：首先拍摄图像，然后在“区域”窗口中使用矩形按钮勾勒出将作为血管网络入口的区域。接着进入通道形成配置。具体细节请参见文本方案。到达该位置后，在Z轴堆栈窗口中，单击顶部和偏移量上方的中心按钮，将Z轴堆栈在当前位置居中。然后根据入口所需大小，以1为间隔设置切片数量。现在，检查速度是否设置为3，功率百分比是否设置为100%。然后保存配置并点击开始实验按钮。为了在通道降解过程中观察水凝胶，如果视野中的区域呈黑色，可增加通道窗口中的主增益；如果区域呈白色，则降低主增益。降解完成后，返回水凝胶可视化配置并点击实时（live），以确认入口已形成。首先，在“区域”窗口中，加载虚拟掩膜Z堆栈中的任意一个ovl文件，然后点击箭头按钮以在视野中查看感兴趣区域（ROI）。接着，点击“实时”以扫描水凝胶可视化配置，并使用操纵杆或载物台窗口将水凝胶定位，使入口与血管网络中的正确位置相连接。随后，在焦距窗口中使用步长设置，点击向下箭头，将焦平面降至显微镜宏中的第一个位置，该位置比先前居中的Z位置低50微米。同样，现在必须重新将 X 和 Y 位置归零，删除所有其他已标记的位置，并仅将此位置标记为新的零点。务必保存此新配置。现在，在通道形成配置下，仅选择时间序列和漂白窗口。接下来，打开宏并选择保存选项卡。选择先前创建的配方，然后单击应用。注意不要单击存储，否则该配方将被覆盖。确认设置后，再次保存通道形成配置，然后点击显微镜宏中的“更新”。点击“否”以保留当前位置列表，不进行覆盖，随后点击显微镜宏中的“开始”以启动程序。降解过程完成后，使用较低激光功率的水凝胶可视化配置，以便观察FITC标记的葡聚糖，其信号亮度高于水凝胶中天然的伊红Y信号。在引入荧光标记的葡聚糖之前，用吸水材料从水凝胶的孔中吸去部分水分。然后加入10 µL过滤后的FITC标记葡聚糖溶液。该方法用于将大量微血管图像转化为一系列虚拟掩膜，以指导微流控网络的构建。将所得到的微流控网络与其来源的体内血管系统进行了比较。基于图像引导的激光水凝胶降解技术实现了三维仿生微流控网络的构建，该网络可重现体内血管系统的尺寸、迂曲度及复杂结构。通过压力头和注射泵两种方式驱动嵌入式微流控网络中的流体流动。荧光标记的70千道尔顿葡聚糖和10微米聚苯乙烯微球在压力差驱动的流动下从左向右移动。或者，通过在次级微流控装置内光聚合水凝胶以启动由注射泵驱动的流动。采用此处所述的相同方案，随后利用激光降解技术在封装的水凝胶中构建二维血管衍生网络，用于注射泵驱动的流动及65千道尔顿葡聚糖的灌注。观看本视频后，您应能够充分理解如何使用配备飞秒脉冲激光器的激光扫描共聚焦显微镜，通过基于图像引导的激光降解水凝胶方法来构建仿生微流体网络。一旦掌握该技术，若操作得当，可在两到三小时内完成实验。在实施该操作过程中，需特别注意：激光参数（包括功率、波长和扫描速度）应根据所使用水凝胶的具体配方进行调整和优化。感谢您，祝您的实验顺利成功。

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科研

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生物工程

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