Kolejny krok w stronę rozwoju nanodruku 3D – drukowane przestrzennie struktury zasilane żywymi bakteriami

0

W przeciągu kilku ostatnich lat nowoczesne rozwiązania z świata robotyki i automatyki na dobre zagościły na salach operacyjnych, przez co jakość szczególnie trudnych czy precyzyjnych zabiegów uległa znacznej poprawie. Jednak zakres zastosowań mechanicznych urządzeń w medycynie jest o wiele bardziej rozległy, a to co kryje się pod pojęciem „robot” często odbiega od  standardowych skojarzeń z tym słowem.

Trend sukcesywnej minimalizacji urządzeń znacząco wpłynął na rozwój metod produkcji addytywnej w skali nano i mikro, otwierając nowe możliwości tworzenia precyzyjnych struktur wspomagających, a nierzadko nawet zastępujących klasyczne procedury medyczne. Koncepcje nanorobotów przystosowanych do kontrolowanego poruszania się wewnątrz układu krążenia czy wykorzystywane do celowanej terapii nowotworowej jeszcze kilka lat temu brzmiały niczym historie z niskobudżetowych filmów sci-fi – teraz stają się rzeczywistością.

Skupmy się jednak na możliwie najmniejszej skali, jakiej naukowcy potrafią tworzyć przestrzenne konstrukcje wpisującej się w nowoczesną nanotechnologię. Polimeryzacja dwufazowa (2PP), czyli metoda analogiczna do klasycznej stereolitografii, pozwala na uzyskanie precyzyjnych struktur niewidocznych gołym okiem. Zastosowanie biokompatybilnego materiału w połączeniu z fotoreaktywnymi prekursorami jak dotąd pozwoliło naukowcom na projektowanie i wytwarzanie m.in. substytutów różnorakich typów tkanek mięśnia sercowego.

Jak się jednak okazuje, nie wszystko w kwestii nanodruku 3D zostało powiedziane – naukowcom z włoskiego Uniwersytetu La Sapienza udało się opracować metodę tworzenia „mikrosilinków” zasilanych naturalną energią samonapędzających się bakterii, stymulowanych światłem LED o zmiennej intensywności. Fascynująca struktura, w której skład wchodzi 36 obracających się jednocześnie „trybów” (o promieniu 7.6 μm) ma szansę stać się podstawą do dalszych prac nad urządzeniami pracującymi w nieprawdopodobnie małej skali.

Zespół badawczy, bazując na technologii 2PP, stworzył autorską metodę, która w odróżnieniu od 2PP wyposażona została w funkcję rozdzielenia wiązki, przez co kilka obszarów może zostać poddawane scalaniu niemal jednocześnie. Wszelkie obawy związane były jednak z wykorzystaniem bakterii E.Coli jako innowacyjnego sposobu zasilenia „mikrosilników” – czy bakterie będą poruszały się na tyle płynnie aby zapewnić nieprzerwany ruch „trybów” w zamierzonym kierunku?

Wbrew obawom badaczy już jedna z pierwszych prób zasilenia zakończyła się powodzeniem – specjalnie zmodyfikowane bakterie doprowadzone do zaplanowanych wcześniej położeń przez specjalne przygotowane rampy, w ciągu niespełna dwóch minut całkowicie wypełniły konstrukcje. Proces, dzięki zapewnionej powtarzalności okazał się zaskakująco wydajny. Jak mówi  Roberto Di Leonardo, koordynator projektu, sukces jaki udało się odnieść w trakcie ich pionierskich badań, nie jest czymś co w świecie nauki zdarza się często.

Co więcej, wykorzystanie światła LED jako narzędzia do kontrolowania ruchu turbin jest o wiele bardziej wydajne i mniej kosztownie niż wykorzystywane dotychczas w nanourządzeniach pole magnetyczne. Daje to również możliwość tworzenia dużo bardziej złożonych konstrukcji, co toruje drogę do dalszego rozwoju projektu włoskich naukowców.

Jeśli chodzi o potencjalne zastosowania koordynator projektu wymienia m.in. systemy zasilania jednorazowych mikrorobotów pracujących w środowisku organizmu człowieka, odpowiedzialnych za pobieranie komórek krwi do późniejszych badań. To jednak dopiero wstępna faza prac nad tym niekonwencjonalnym rozwiązaniem – inżynierowie pragną skupić się na kwestii mikroprzepływów wewnątrz urządzenia oraz modyfikacji światłoczułych bakterii w taki sposób, aby odpowiadały jednie na impulsy o pożądanej barwie.

Źródło : nature.comengineering.com

Udostępnij.

O autorze

Magdalena Przychodniak

Przyszła inżynier Inżynierii Biomedycznej, śledząca najnowsze doniesienia dotyczące biodruku oraz zastosowań druku przestrzennego w nowoczesnej medycynie. Zaangażowana w życie koła naukowego zajmującego się budową biodrukarki 3D.