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【中國智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】日前，麻省理工學(xué)院從由活細(xì)胞和水凝膠組成的生物鏈上3D打印出所謂的“活體紋身”。這種文身可以用來生產(chǎn)“可穿戴式傳感器和交互式顯示器的活性材料”，可以對特定的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)和檢測。
麻省理工研發(fā)3D打印文身 可響應(yīng)周圍環(huán)境
近日，麻省理工學(xué)院的一個工程師團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明能夠從由活細(xì)胞和水凝膠組成的生物鏈上3D打印出所謂的“活體紋身”。當(dāng)貼在人體皮膚上并暴露在某些化學(xué)物質(zhì)下時(shí)，樹形的“紋身”就會響起。
據(jù)悉，由麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系的Xuanhe Zhao和生物工程、電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)副教授Timothy Lu領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)研究已于近在“Advanced Materials”雜志上發(fā)表。
正如研究所概述的那樣，研究人員提出了一種專門的生物打印技術(shù)，使他們能夠創(chuàng)建由基因編程的生物材料制成的靈活的可穿戴結(jié)構(gòu)。
在他們的示范中，麻省理工學(xué)院的研究人員3D打印出了一個由活細(xì)菌細(xì)胞組成的樹形紋身。樹的三種不同的顏色分支表示不同的細(xì)胞類型，并且每個分支已經(jīng)被設(shè)計(jì)為對分子化合物的不同化學(xué)物質(zhì)起反應(yīng)。
通過將人體皮膚暴露于這些特定的化合物，然后將薄而透明的“紋身”放到皮膚上，3D打印的“紋身”在與化學(xué)品接觸時(shí)開始發(fā)光。
雖然3D打印的“活體紋身”看起來很有趣，但它們有可能為更實(shí)際的目的服務(wù)。研究人員解釋說，這個過程可以用來生產(chǎn)“可穿戴式傳感器和交互式顯示器的活性材料”，可以對特定的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)和檢測。
3D打印的“紋身”也有可能適用于藥物輸送和外科植入物的應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兛梢员唤ㄔ斐砂?ldquo;經(jīng)設(shè)計(jì)以產(chǎn)生諸如葡萄糖的化合物的細(xì)胞”，其可以逐漸甚至根據(jù)需要在體內(nèi)進(jìn)行釋放。
研究人員表示，這一創(chuàng)新方法可用于3D打印“活體電腦”(由多種細(xì)胞類型組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，能夠相互溝通)。麻省理工學(xué)院畢業(yè)研究員兼論文合著者Hyunwoo Yuk解釋說：“這是一項(xiàng)非常有前景的工作，但我們希望能夠打印出可以穿戴的生活計(jì)算平臺。”
在開發(fā)生物3D打印紋身時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)確實(shí)有一些障礙要克服。首先，科學(xué)家們必須找到適合打印過程的正確的細(xì)胞。正如他們所解釋的那樣，雖然的科學(xué)家正在研究哺乳動物細(xì)胞的印跡，但由于其脆弱性，并沒有取得太多的成功。
Yuk說：“事實(shí)證明，這些細(xì)胞在打印過程中會死亡，因?yàn)椴溉閯游锛?xì)胞基本上是脂質(zhì)雙層氣球。它們太弱，容易破裂。”
作為一個解決方案，麻省理工學(xué)院的研究小組轉(zhuǎn)向了細(xì)菌細(xì)胞，這種細(xì)胞比哺乳動物細(xì)胞更易于形成更堅(jiān)硬的細(xì)胞壁，并且可以忍受惡劣的環(huán)境。有趣的是，細(xì)菌細(xì)胞具有與水凝膠材料更廣泛的相容性，使其成為生物打印應(yīng)用的理想選擇。
盡管如此，研究人員開始尋找好的水凝膠混合物來打印活體紋身，發(fā)現(xiàn)含有普羅尼克酸的水凝膠是合適的。“這種水凝膠具有通過噴嘴打印的理想流動特性，”Zhao解釋說。“這就像擠出牙膏一樣。你需要墨水從牙膏那樣的噴嘴流出，打印后它可以保持其形狀。”
終的可打印材料由與細(xì)菌細(xì)胞混合的水凝膠基質(zhì)和保持細(xì)胞存活的營養(yǎng)物組成。據(jù)Zhao介紹，生物墨水是打印的理想選擇，甚至展示了它能夠以每個特征30微米的高分辨率打印的能力。“這意味著我們打印的每一行只包含幾個單元格。我們還可以打印相對較大的結(jié)構(gòu)，”他說。
活紋身本身是使用定制生物打印應(yīng)用的3D打印機(jī)生產(chǎn)的。一旦打印，紋身就使用紫外線輻射固化，隨后施用到已暴露于各種化學(xué)化合物的人體皮膚上。如上所述，當(dāng)特定細(xì)胞類型與化學(xué)物質(zhì)接觸時(shí)紋身的分支逐漸開始發(fā)光。
雖然研究還處于早期階段，但是活體紋身研究看起來很有希望，我們迫不及待地想知道未來還有哪些類型的活體紋身可以進(jìn)行3D打印。
(原標(biāo)題：MIT研究員使用細(xì)菌細(xì)胞開發(fā)出響應(yīng)周圍環(huán)境的3D打印“活紋身”)
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