Naukowcy wykorzystali drukowanie 3D komórek chrząstki i nanomateriałów do stworzenia funkcjonalnych uszu odbierających sygnały radiowe. Badanie pokazuje, że pewnego dnia może być możliwe stworzenie bionicznych tkanek i narządów.
W inżynierii tkankowej komórki i inne materiały są wykorzystywane do ulepszania lub zastępowania tkanek organizmu, takich jak kości i chrząstki. Obecnie jednak trudno jest tworzyć trójwymiarowe struktury do wykorzystania w ciele, zwłaszcza narządach o złożonej geometrii, takich jak uszy.
Aby rozwiązać ten problem, zespół badawczy kierowany przez dr Michaela McAlpine'a z Princeton University i dr Davida Graciasa z Johns Hopkins University zajął się wytwarzaniem addytywnym lub drukowaniem 3D. W tym procesie obiekt 3D jest „drukowany” poprzez układanie kolejnych warstw materiału we wzór oparty na modelu cyfrowym.
Naukowcy wykorzystali rysunek prawego ucha człowieka jako plan do druku. Jako „tusze” do drukarki wykorzystali 3 komponenty: komórki chrząstki w matrycy hydrożelowej, silikon strukturalny i silikon nasycony nanocząsteczkami srebra. Ucho zostało zbudowane warstwa po warstwie za pomocą zwykłej drukarki 3D, z „atramentem” nasączonym srebrem tworzącym zwiniętą antenę.
Otrzymuj najnowsze wiadomości e-mail
W ciągu 10 tygodni w warunkach hodowli hydrożelowy składnik drukowanego ucha został ponownie wchłonięty, a komórki rozwinęły macierz zewnątrzkomórkową, powodując, że ucho stało się nieprzejrzyste.
Naukowcy scharakteryzowali biochemiczne, mechaniczne i funkcjonalne właściwości ucha. Odkryli, że „ucho cyborga” może odbierać sygnały w szerokim zakresie częstotliwości radiowych, a cewka indukcyjna działa jak antena odbiorcza. Częstotliwości sygnału wahały się od 1 MHz do 5 GHz.
Aby zademonstrować wszechstronność tego podejścia, naukowcy odwrócili projekt CAD i stworzyli uzupełniające lewe ucho. Wystawili uszy na sygnały antenowe lewego i prawego dźwięku stereofonicznego, zbierali sygnały odbierane przez uszy, wprowadzali je do cyfrowego oscyloskopu i odtwarzali powstałe sygnały audio przez głośniki. System wytwarzał dźwięk wysokiej jakości, o czym świadczy wykonanie Für Elise Beethovena.
Ogólnie rzecz biorąc, łączenie materiałów elektronicznych z materiałami biologicznymi wiąże się z wyzwaniami mechanicznymi i termicznymi” – mówi McAlpine. Nasza praca sugeruje nowe podejście – do budowania i rozwijania biologii z elektroniką w sposób synergiczny i w przeplatanym formacie 3D.
To badanie weryfikujące zasady pokazuje, że tkanki i elektronikę można łączyć, tworząc hybrydowe, bioniczne organy. Zespół planuje teraz włączenie innych materiałów, aby umożliwić uchu rejestrowanie dźwięków akustycznych. Druk 3D może poszerzyć możliwości tworzenia nowej generacji implantów i protez, aby przywrócić, a nawet wzmocnić ludzkie możliwości.
