Forskere slår sammen biologi og teknologi ved å 3D-printe elektronikk inne i levende ormer

Publisert av Platon

Følgere: 0

Å finne måter å integrere elektronikk i levende vev kan være avgjørende for alt fra hjerneimplantater til ny medisinsk teknologi. En ny tilnærming har vist at det er mulig å 3D-printe kretser til levende ormer.

Det har vært økende interesse for å finne måter å tettere integrere teknologi med menneskekroppen, spesielt når det gjelder grensesnitt mellom elektronikk og nervesystemet. Dette vil være avgjørende for fremtiden hjerne-maskin-grensesnitt og kan også brukes til å behandle en rekke nevrologiske tilstander.

Men for det meste har det vist seg vanskelig å lage slike forbindelser på måter som er ikke-invasive, langvarige og effektive. Den stive naturen til standard elektronikk betyr at de ikke blander seg godt med biologiens squishy verden, og å få dem inn i kroppen i utgangspunktet kan kreve risikable kirurgiske prosedyrer.

En ny tilnærming er i stedet avhengig av laserbasert 3D utskrift å vokse fleksible, ledende ledninger inne i kroppen. I en nylig papir inn Advanced Materials Technologies, viste forskere at de kunne bruke tilnærmingen til å produsere stjerne- og firkantede strukturer inne i kroppene til mikroskopiske ormer.

"Hypotetisk vil det være mulig å skrive ut ganske dypt inne i vevet," John Hardy ved Lancaster University, som ledet studien, fortalte New Scientist. "Så, i prinsippet, med et menneske eller en annen større organisme, kan du skrive ut rundt 10 centimeter inn."

Forskernes tilnærming innebærer en høyoppløselig Nanoscribe 3D-printer, som skyter ut en infrarød laser som kan herde en rekke lysfølsomme materialer med svært høy presisjon. De skapte også et skreddersydd blekk som inkluderer den ledende polymeren polypyrrol, som tidligere forskning hadde vist kunne brukes til å elektrisk stimulere celler i levende dyr.

For å bevise at ordningen kunne oppnå det primære målet om grensesnitt med levende celler, trykte forskerne først kretser inn i et polymerstillas og plasserte deretter stillaset på toppen av et stykke musehjernevev som ble holdt i live i en petriskål. De førte deretter en strøm gjennom den fleksible elektroniske kretsen og viste at den ga den forventede responsen i musens hjerneceller.

Teamet bestemte seg da for å demonstrere tilnærmingen kunne brukes til å skrive ut ledende kretser inne i en levende skapning, noe som så langt ikke hadde blitt oppnådd. Forskerne bestemte seg for å bruke rundormen C. elegans på grunn av dens følsomhet for varme, skader og uttørking, som de sa ville gjøre en streng test av hvor sikker tilnærmingen er.

Først måtte teamet justere blekket for å sikre at det ikke var giftig for dyrene. De måtte så få det inn i ormene ved å blande det med bakteriepastaen de blir matet på.

Når dyrene hadde fått i seg blekket, ble de plassert under Nanoscribe-skriveren, som ble brukt til å lage firkantede og stjerneformer noen få mikrometer på tvers av ormenes hud og i tarmene deres. Formene kom ikke riktig ut i den bevegelige tarmen, innrømmer forskerne, på grunn av det faktum at den beveget seg konstant.

Formene trykket inne i ormenes kropper hadde ingen funksjonalitet. Men Ivan Minev fra University of Sheffield fortalte New Scientist tilnærmingen kunne en dag gjøre det mulig å bygge elektronikk sammenvevd med levende vev, selv om det fortsatt ville ta betydelig arbeid før den ble anvendelig på mennesker.

Forfatterne innrømmer også at tilpasning av tilnærmingen for biomedisinske applikasjoner vil kreve betydelig videre forskning. Men i det lange løp tror de at arbeidet deres kan muliggjøre skreddersydde hjerne-maskin-grensesnitt for medisinske formål, fremtidige nevromodulasjonsimplantater og virtual reality-systemer. Det kan også gjøre det mulig å enkelt reparere bioelektroniske implantater i kroppen.

Alt dette er sannsynligvis fortsatt et stykke unna å bli realisert, men tilnærmingen viser potensialet ved å kombinere 3D-utskrift med fleksibel, biokompatibel elektronikk for å hjelpe til med grensesnittet mellom biologi og teknologi.

Bilde Credit: Kbradnam/Wikimedia Commons