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官网平台工程师将3D打印程序化细胞植入生活设备

作者:admin    来源:未知    发布时间:2020-03-10 21:42    浏览量:
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工程师将3d打印程序化细胞植入生活设备

麻省理工学院的工程师开发了一种3d打印技术,该技术使用了一种由基因编程的活细胞制成的新型墨水

这些细胞经过改造后可以响应各种刺激而发光

当与水凝胶和营养物的浆液混合时,可以将细胞逐层打印,以形成三维,互动的结构和设备

然后,该团队通过在活体纹身上印上薄的透明补丁(通过活菌细胞以树状图案)来展示其技术,从而证明了该技术

树的每个分支都衬有对不同化学或分子化合物敏感的细胞

当贴剂粘附到已经暴露于相同化合物的皮肤上时,树的相应区域会随之发光

由麻省理工学院机械工程系的noyce职业发展教授赵选河和生物工程以及电气工程和计算机科学副教授timothy lu领导的研究人员说,他们的技术可以用于制造可穿戴设备的活性材料

传感器和交互式显示器

可以使用经过设计以检测环境化学物质和污染物以及ph和温度变化的活细胞对此类材料进行图案化

此外,该团队开发了一种模型,用于预测在各种条件下给定3d打印结构中的细胞之间的相互作用

研究小组说,研究人员可以将该模型作为设计响应性生活材料的指南

赵鲁和他们的同事今天在《先进材料》杂志上发表了他们的研究结果

这些论文的合著者是研究生刘欣悦,俞贤宇,林绍廷,德国阿尔贝托·帕拉达,唐子杰,唐·伊洛诺·瑟姆和博士后塞萨尔·德拉·富恩特·努涅斯

一个强硬的选择

近年来,科学家们探索了各种可响应材料作为3d打印油墨的基础

例如,科学家已经使用由对温度敏感的聚合物制成的墨水来打印热响应形状变化的物体

其他人则用响应光而收缩和拉伸的聚合物印刷了光活化结构

zhaos团队与lus实验室的生物工程师合作,意识到活细胞还可以作为3d打印墨水的响应材料,特别是因为可以对其进行基因改造以响应各种刺激

研究人员并不是第一个考虑3d打印基因工程细胞的研究人员;其他人则尝试使用活的哺乳动物细胞来这样做,但收效甚微

yuk说,事实证明这些细胞在印刷过程中正在死亡,因为哺乳动物细胞基本上是脂质双层气球

它们太弱,容易破裂

相反,研究小组确定了细菌中较硬的细胞类型

细菌细胞具有坚硬的细胞壁,能够经受相对苛刻的条件,例如在墨水被推过打印机喷嘴时施加在墨水上的力

此外,与哺乳动物细胞不同,细菌与大多数由水和少量聚合物混合而成的水凝胶凝胶状材料兼容

该小组发现,水凝胶可以提供可以支持活细菌的水性环境

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研究人员进行了筛选测试,以鉴定最能容纳细菌细胞的水凝胶类型

经过广泛的搜索,发现具有普鲁尼克酸的水凝胶是最相容的材料

水凝胶还表现出3d打印的理想一致性

zhao说,这种水凝胶具有理想的流动特性,适合通过喷嘴进行印刷

就像挤牙膏一样

您需要[墨水]像牙膏一样从喷嘴中流出,并且在打印后可以保持其形状

从纹身到电脑

lu向研究小组提供了经过改造的细菌细胞,以响应各种化学刺激而发光

然后,研究人员提出了一种3d墨水的配方,该配方使用细菌,水凝胶和营养素的组合来维持细胞并维持其功能

赵说,我们发现这种新的墨水配方效果很好,并且可以以每个功能约30微米的高分辨率进行打印

这意味着我们打印的每一行仅包含几个单元格

我们还可以打印相对较大的结构,尺寸为几厘米

他们使用定制的3d打印机打印墨水,该打印机使用标准元素和自己加工的夹具构建而成

为了演示该技术,研究小组在弹性体层上印刷了带有树状细胞的水凝胶图案

印刷后,它们通过将贴剂暴露于紫外线辐射中而固化或固化

然后,他们将带有弹性图案的透明弹性体层粘附到皮肤上

为了测试该贴剂,研究人员在测试对象的手背上涂抹了几种化合物,然后将水凝胶贴剂压在裸露的皮肤上

在几个小时内,当细菌感测到其相应的化学刺激时,斑块树的树枝会亮起来

研究人员还对细菌进行了工程改造以使其相互交流

例如,他们将某些单元格编程为仅在它们从另一个单元格接收到特定信号时才点亮

为了在3d结构中测试这种类型的通信,他们打印了一张薄薄的水凝胶细丝,上面涂有输入或产生信号的细菌和化学物质,并覆盖了另一层输出或接收信号的细丝

他们发现只有当输出细丝重叠并接收到来自相应细菌的输入信号时,它们的灯丝才会点亮

太阳2注册登录 yuk说,将来,研究人员可能会使用团队技术来打印具有多种类型单元的活体计算机结构,这些单元彼此通信,来回传递信号,就像微芯片上的晶体管一样

yuk说,这是未来的工作,但我们希望能够打印出可穿戴的实时计算平台

对于更近期的应用,研究人员旨在制造定制的传感器,其形式为柔性贴片和贴纸,可用于检测多种化学和分子化合物

他们还设想,他们的技术可用于制造药物胶囊和外科植入物,其中包含经过工程改造的细胞,可产生诸如葡萄糖的化合物,并随着时间的推移而通过治疗释放

刘说,我们可以像在3d工厂中一样使用细菌细胞

可以将它们设计为在3d支架内生产药物,并且应用不应仅限于表皮设备

只要可行的制造方法和方法,诸如植入物和可摄取物的应用就应该是可能的

这项研究部分得到海军研究办公室,国家科学基金会,美国国立卫生研究院和麻省理工学院士兵纳米技术研究所的支持

出版物:ue liu等人,《响应材料的3d打印》,《先进材料》,2017年;

官网平台综合报道

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