工程师3D将程序化单元打印到生活设备中 2017-05-13 11:05:13

$888.88
所属分类 :基金

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

细胞被设计为响应各种刺激而点亮

当与水凝胶和营养素的浆液混合时,细胞可以是逐层打印,形成三维交互式结构和装置团队随后通过印刷“活纹身”展示了它的技术 - 一个薄的,透明的贴片,图案中有活细菌细胞的树形状

树上衬有对不同化学物质或分子化合物敏感的细胞当贴片粘附在暴露于相同化合物的皮肤上时,树木的相应区域会亮起响应研究人员,由Xuanhe Zhao,Noyce Career领导麻省理工学院机械工程系发展教授,生物工程与电子工程与计算机科学副教授Timothy Lu,说他们的技术可用于制造可穿戴传感器和交互式显示器的“活性”材料

这些材料可以用活细胞图案化,用于感知环境化学品和污染物以及pH和温度的变化

此外,团队开发了一个模型在各种条件下预测给定3D打印结构内细胞之间的相互作用该团队称研究人员可以使用该模型作为设计响应性生物材料的指南赵,卢和他们的同事今天在期刊上发表了他们的研究结果高级材料本论文的共同作者是研究生刘新月,Hyunwoo Yuk,林少婷,德国Alberto Parada,Tzu-Chieh Tang,EléonoreTham和博士后Cesar de la Fuente-Nunez一个强硬的选择近年来,科学家们探索了各种响应材料作为3D打印墨水的基础例如,科学家们使用的是由温度敏感的聚合物制成的墨水打印热响应变形物体的其他物品其他人已经印刷了聚合物的光活化结构,这些聚合物随着光线的变化而收缩和拉伸赵的团队与Lu实验室的生物工程师合作,认识到活细胞也可以作为3D打印油墨的响应材料

特别是因为它们可以通过基因工程来应对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人

其他人试图使用活的哺乳动物细胞,但收效甚微“事实证明这些细胞在印刷过程中死亡,因为哺乳动物细胞基本上是脂质双层气球,”Yuk说“它们太弱了,很容易破裂“相反,研究小组在细菌中确定了一种更坚硬的细胞类型细菌细胞具有坚韧的细胞壁,能够在相对苛刻的条件下生存,例如当墨水被推入打印机的喷嘴时施加在墨水上的力

此外,细菌与哺乳动物细胞不同,与大多数水凝胶相容 - 凝胶状材料由大部分水和一些聚合物混合而成

该组发现水凝胶可以提供可以支持活细菌的水性环境研究人员进行了筛选测试以确定类型最能容纳细菌细胞的水凝胶经过广泛研究,发现含有pluronic acid的水凝胶是最兼容的材料

l还展示了3D打印的理想一致性“这种水凝胶具有理想的流动特性,可通过喷嘴进行打印,”赵说:“就像挤出牙膏一样,你需要[墨水]像牙膏一样流出喷嘴,它可以维持印刷后的形状“从纹身到生活电脑”Lu为团队提供了细菌细胞,这些细胞被设计为响应各种化学刺激而点亮

然后研究人员想出了一种使用细菌组合的三维墨水配方,水凝胶和营养物质维持细胞并保持其功能“我们发现这种新的墨水配方非常有效,并且可以以每个特征约30微米的高分辨率打印,”赵说“这意味着我们打印的每一行只包含一个几个单元我们还可以打印几厘米的相对大型结构“他们使用他们使用标准元素结合修复建立的自定义3D打印机打印墨水他们自己加工 为了展示这项技术,该团队在弹性体层上印刷了一种水凝胶图案,树木形状的细胞在印刷后,通过将其暴露在紫外线辐射下固化或固化,然后将透明弹性体层与它上面的生活模式,皮肤为了测试贴片,研究人员将几种化合物涂抹在受试者手背上,然后将水凝胶贴片压在暴露的皮肤上几个小时,当感染细菌时,贴片树的树枝被点亮他们相应的化学刺激研究人员还设计了细菌相互沟通;例如,只有当他们从另一个细胞接收某个信号时,他们才会对一些细胞进行编程

为了在3D结构中测试这种类型的通信,他们用“输入”或产生信号的细菌和化学物质打印了一张薄薄的水凝胶细丝

覆盖着另一层“输出”或接收细菌的细丝他们发现输出细丝只有在它们重叠时才会亮起并接收来自相应细菌的输入信号Yuk说将来,研究人员可能会使用该团队的技术进行打印“生活计算机” - 具有多种类型细胞的结构,它们相互通信,来回传递信号,就像微芯片上的晶体管一样“这是未来的工作,但我们希望能够打印出可能存在的生物计算平台可穿戴式,“Yuk表示,对于更多近期应用,研究人员的目标是以柔性贴片和贴纸的形式制造定制传感器帽子可以被设计用于检测各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,含有工程化生产化合物如葡萄糖的细胞,随着时间的推移将被治疗释放“我们可以使用细菌细胞就像3D工厂的工人一样,“Liu说”他们可以设计成在3D支架内生产药物,应用不应局限于表皮设备只要制造方法和方法可行,植入物和可摄取物等应用应该可能“这项研究部分得到了海军研究办公室,国家科学基金会,国立卫生研究院和麻省理工学院士兵纳米技术研究所的出版:ue Liu等人,”生活响应材料和设备的3D打印“ ,“Advanced Materials,2017; DOI:101002 / adma201704821资料来源:Jennifer Chu,麻省理工学院新闻