Forskere fusionerer biologi og teknologi ved at 3D-printe elektronik inde i levende orme

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

At finde måder at integrere elektronik i levende væv kan være afgørende for alt fra hjerneimplantater til nye medicinske teknologier. En ny tilgang har vist, at det er muligt at 3D-printe kredsløb til levende orme.

Der har været stigende interesse for at finde måder at integrere teknologi tættere på den menneskelige krop, især når det kommer til at forbinde elektronik med nervesystemet. Dette vil være afgørende for fremtiden hjerne-maskine-grænseflader og kan også bruges til at behandle en lang række neurologiske tilstande.

Men for det meste har det vist sig at være vanskeligt at lave denne slags forbindelser på måder, der er ikke-invasive, langvarige og effektive. Standardelektronikkens stive natur betyder, at de ikke blander sig godt med biologiens squishy verden, og at få dem ind i kroppen i første omgang kan kræve risikable kirurgiske procedurer.

En ny tilgang bygger i stedet på laserbaseret 3D udskrivning at gro fleksible, ledende ledninger inde i kroppen. I en nylig papir ind Avancerede materialeteknologier, viste forskere, at de kunne bruge tilgangen til at producere stjerne- og firkantede strukturer inde i kroppen af mikroskopiske orme.

"Hypotetisk vil det være muligt at printe ret dybt inde i vævet," John Hardy ved Lancaster University, der ledede undersøgelsen, fortalt New Scientist. "Så i princippet kan man med et menneske eller en anden større organisme printe omkring 10 centimeter ind."

Forskernes tilgang involverer en højopløsnings Nanoscribe 3D-printer, som affyrer en infrarød laser, der kan hærde en række lysfølsomme materialer med meget høj præcision. De skabte også en skræddersyet blæk, der inkluderer den ledende polymer polypyrrol, som tidligere forskning havde vist kunne bruges til elektrisk stimulering af celler i levende dyr.

For at bevise, at ordningen kunne nå det primære mål med at interface med levende celler, printede forskerne først kredsløb ind i et polymerstillads og placerede derefter stilladset oven på et stykke musehjernevæv, der blev holdt i live i en petriskål. De førte derefter en strøm gennem det fleksible elektroniske kredsløb og viste, at det producerede den forventede respons i musens hjerneceller.

Holdet besluttede derefter at demonstrere, at tilgangen kunne bruges til at udskrive ledende kredsløb inde i et levende væsen, noget der hidtil ikke var blevet opnået. Forskerne besluttede at bruge rundormen C. elegans på grund af dens følsomhed over for varme, skader og udtørring, hvilket de sagde ville gøre en streng test af, hvor sikker tilgangen er.

Først skulle holdet justere deres blæk for at sikre, at det ikke var giftigt for dyrene. De skulle derefter få det ind i ormene ved at blande det med den bakterielle pasta, de er fodret med.

Da dyrene havde indtaget blækket, blev de placeret under Nanoscribe-printeren, som blev brugt til at skabe firkantede og stjerneformer et par mikrometer på tværs af ormenes hud og i deres tarme. Formerne kom dog ikke ordentligt frem i den bevægelige tarm, indrømmer forskerne, fordi den konstant bevægede sig.

Formerne trykt inde i ormenes kroppe havde ingen funktionalitet. Men Ivan Minev fra University of Sheffield fortalte New Scientist tilgangen kunne en dag gøre det muligt at bygge elektronik sammenflettet med levende væv, selvom det stadig ville kræve betydeligt arbejde, før det var anvendeligt på mennesker.

Forfatterne indrømmer også, at tilpasning af tilgangen til biomedicinske anvendelser ville kræve betydelig yderligere forskning. Men i det lange løb tror de, at deres arbejde kunne muliggøre skræddersyede hjerne-maskine-grænseflader til medicinske formål, fremtidige neuromodulationsimplantater og virtual reality-systemer. Det kunne også gøre det muligt nemt at reparere bioelektroniske implantater i kroppen.

Alt dette er sandsynligvis stadig et stykke vej fra at blive realiseret, men tilgangen viser potentialet ved at kombinere 3D-print med fleksibel, biokompatibel elektronik for at hjælpe med at forbinde biologiens og teknologiens verdener.

Billede Credit: Kbradnam/Wikimedia Commons