Scientists Merge Biology And Technology By 3D Printing Electronics Inside Living Worms

เผยแพร่ซ้ำโดยเพลโต

ผู้ติดตาม: 0

การหาวิธีรวมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เข้ากับเนื้อเยื่อที่มีชีวิตอาจเป็นสิ่งสำคัญสำหรับทุกสิ่งตั้งแต่ การปลูกถ่ายสมอง สู่เทคโนโลยีทางการแพทย์ใหม่ๆ แนวทางใหม่แสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะพิมพ์วงจร 3 มิติเป็นเวิร์มที่มีชีวิต

มีความสนใจเพิ่มขึ้นในการหาวิธีผสานรวมเทคโนโลยีเข้ากับร่างกายมนุษย์อย่างใกล้ชิดมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กับระบบประสาท นี่จะเป็นสิ่งสำคัญสำหรับอนาคต อินเตอร์เฟสเครื่องสมอง และยังสามารถใช้รักษาสภาพทางระบบประสาทได้

แต่โดยส่วนใหญ่แล้ว การสร้างความเชื่อมโยงในลักษณะที่ไม่รุกราน ยาวนาน และมีประสิทธิภาพนั้นทำได้ยาก ลักษณะที่เข้มงวดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มาตรฐานหมายความว่าอุปกรณ์เหล่านี้ไม่เข้ากันกับโลกของชีววิทยาที่บอบบาง และการจะนำอุปกรณ์เหล่านี้เข้าไปในร่างกายในตอนแรกอาจต้องใช้ขั้นตอนการผ่าตัดที่มีความเสี่ยง

วิธีการใหม่อาศัยการใช้เลเซอร์แทน พิมพ์ 3D เพื่อสร้างสายไฟที่ยืดหยุ่นและเป็นตัวนำไฟฟ้าภายในร่างกาย เมื่อไม่นานมานี้ กระดาษเข้า เทคโนโลยีวัสดุขั้นสูงนักวิจัยแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถใช้วิธีนี้เพื่อสร้างโครงสร้างรูปดาวและรูปสี่เหลี่ยมภายในร่างกายของหนอนขนาดเล็ก

“ตามสมมุติฐานแล้ว จะสามารถพิมพ์ลงไปได้ค่อนข้างลึกภายในเนื้อเยื่อ” จอห์น ฮาร์ดี จากมหาวิทยาลัยแลงคาสเตอร์ ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษา บอก นักวิทยาศาสตร์นิว. “โดยหลักการแล้ว มนุษย์หรือสิ่งมีชีวิตที่ใหญ่กว่าอื่นๆ คุณสามารถพิมพ์เข้าไปได้ประมาณ 10 เซนติเมตร”

แนวทางของนักวิจัยเกี่ยวข้องกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ Nanoscribe ที่มีความละเอียดสูง ซึ่งจะยิงเลเซอร์อินฟราเรดที่สามารถรักษาวัสดุที่ไวต่อแสงหลายชนิดด้วยความแม่นยำสูงมาก พวกเขายังสร้างหมึกตามความต้องการที่มีพอลิเมอร์โพลิไพโรลตัวนำ ซึ่งงานวิจัยก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าสามารถใช้กระตุ้นเซลล์ด้วยไฟฟ้าในสัตว์ที่มีชีวิตได้

เพื่อพิสูจน์ว่าโครงการนี้สามารถบรรลุเป้าหมายหลักในการเชื่อมต่อกับเซลล์ที่มีชีวิตได้ นักวิจัยจึงพิมพ์วงจรลงในนั่งร้านโพลิเมอร์ก่อน จากนั้นจึงวางนั่งร้านไว้บนชิ้นเนื้อเยื่อสมองของหนูที่ถูกเก็บรักษาให้มีชีวิตอยู่ในจานเพาะเชื้อ จากนั้นพวกเขาก็ส่งกระแสไฟฟ้าผ่านวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดหยุ่นและแสดงให้เห็นว่ามันสร้างการตอบสนองที่คาดหวังในเซลล์สมองของหนู

ทีมงานจึงตัดสินใจสาธิตวิธีพิมพ์วงจรนำไฟฟ้าภายในสิ่งมีชีวิต ซึ่งเป็นสิ่งที่ยังทำไม่ได้ นักวิจัยตัดสินใจใช้พยาธิตัวกลม C. elegans เนื่องจากความไวต่อความร้อน การบาดเจ็บ และการแห้ง ซึ่งพวกเขากล่าวว่าจะทำการทดสอบอย่างเข้มงวดว่าวิธีการดังกล่าวปลอดภัยเพียงใด

อันดับแรก ทีมงานต้องปรับหมึกเพื่อให้แน่ใจว่าไม่เป็นพิษต่อสัตว์ จากนั้นพวกเขาต้องเอามันเข้าไปในตัวหนอนโดยผสมกับแบคทีเรียที่พวกมันกินเข้าไป

เมื่อสัตว์กินหมึกเข้าไปแล้ว พวกมันจะถูกวางไว้ใต้เครื่องพิมพ์ Nanoscribe ซึ่งใช้สร้างรูปทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัสและรูปดาวขนาดไม่กี่ไมโครเมตรบนผิวหนังของหนอนและภายในลำไส้ของพวกมัน รูปร่างไม่ได้ออกมาอย่างถูกต้องในลำไส้ที่เคลื่อนไหว นักวิจัยยอมรับ เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่าลำไส้เคลื่อนไหวตลอดเวลา

รูปร่างที่พิมพ์อยู่ภายในร่างของเวิร์มนั้นไม่มีประโยชน์ แต่ Ivan Minev จาก University of Sheffield บอก นักวิทยาศาสตร์นิว สักวันหนึ่งวิธีการนี้จะทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่พันกับเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตได้ แม้ว่าจะยังคงต้องใช้ความพยายามอย่างมากก่อนที่จะนำไปใช้กับมนุษย์ได้

ผู้เขียนยังยอมรับว่าการปรับแนวทางสำหรับการใช้งานด้านชีวการแพทย์นั้นจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมที่สำคัญ แต่ในระยะยาว พวกเขาเชื่อว่าผลงานของพวกเขาสามารถเปิดใช้งานส่วนต่อประสานระหว่างสมองกับเครื่องที่ปรับแต่งได้สำหรับวัตถุประสงค์ทางการแพทย์ การปลูกถ่ายระบบประสาทในอนาคต และระบบความจริงเสมือน นอกจากนี้ยังทำให้สามารถซ่อมแซมการปลูกถ่ายไบโออิเล็กทรอนิกส์ภายในร่างกายได้อย่างง่ายดาย

ทั้งหมดนั้นยังอีกยาวไกลจากการตระหนักรู้ แต่แนวทางดังกล่าวแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของการรวมการพิมพ์ 3 มิติเข้ากับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดหยุ่นและเข้ากันได้ทางชีวภาพ เพื่อช่วยเชื่อมต่อโลกของชีววิทยาและเทคโนโลยี

เครดิตภาพ: Kbradnam/วิกิมีเดียคอมมอนส์