Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) изобрели временную «татуировку», состоящую из генетически запрограммированных живых клеток. Их прототип похож на прозрачную наклейку с рисунком, напоминающим дерево. Сам рисунок разделен на несколько секций, содержащих живую флуоресцентную бактерию, которая может взаимодействовать с определенными химическими соединениями. Когда кожа, находящаяся под наклейкой, подвергается воздействию этих соединений, то загорается соответствующий участок татуировки.
Исследованием и созданием стимуло-реагирующих материалов, которые можно было бы превратить в умные материалы для использования в различных видах электроники, ученые занимаются очень давно. Десятилетиями. Например, материалы, реагирующие на тепло, можно было бы использовать при создании самособирающихся или передвигающихся роботов, а материалы, реагирующие на определенные химические вещества, – для создания различных химических датчиков.
С развитием технологий 3D-печати появились новые способы производства, не требующие больших затрат. Этот метод стал частой практикой для создания экспериментальных прототипов в лабораторных условиях. Свое применение технология нашла и в сфере производства стимуло-реагирующих материалов. Однако команда инженеров под руководством профессора Сюань Хэ Цяо из Массачусетского технологического института решила проверить, можно ли применить метод 3D-печати при использовании легко получаемых и программируемых живых клеток.
Предыдущие исследования показали, что для этого по крайней мере не годятся клетки млекопитающих. Они не могут выжить в суровых условиях процессов 3D-печати, например, при сильном давлении во время экструзии материала или во время ультрафиолетового облучения, используемого для скрепления структуры, что является частой практикой для упрочнения напечатанного материала.
«Оказалось, что все эти клетки гибнут во время процесса печати. Дело в том, что клетки млекопитающих по сути представляют собой липидные двуслойные шарики. В общем, они слишком слабы и легко разрушаются», — говорит соавтор работы Хьён Ву Юк.
Бактериальные клетки, в свою очередь, имеют прочную защитную оболочку и гораздо выносливее. Помимо этого, эти клетки лучше совместимы с большинством гидрогелей – материалов, в своем составе имеющих воду и полимеры и использующихся в различных лабораторных и практических медицинских целях.
Используя бактериальные клетки, генетически запрограммированные на флуоресцентную реакцию в ответ на воздействие различных химических веществ, команда из MIT разработала чернила, состоящие из гидрогеля, клеток и набора питательных веществ, поддерживающих жизнь этих клеток. Чернила имеют плотную структуру и позволяют печатать при достаточно высоком разрешении в 30 микрометров (0,03 миллиметра). Инженеры напечатали пробный рисунок на лист эластомера, а затем приклеили его к коже, на которую предварительно были нанесены химические вещества.
В течение нескольких часов контакта бактерии с химическим стимулятором части напечатанного рисунка татуировки подсвечивались. Помимо этого, ученые также создали бактериальные клетки, способные общаться между собой и подсвечиваться при получении определенных сигналов от других клеток. Исследователи протестировали их в трехмерной структуре, наложив друг на друга два напечатанных гидрогелевыми нитями слоя. Бактерии загорались только тогда, когда контактировали друг с другом и получали коммуникационные сигналы.
«Это пока совсем уж далекое будущее, но в итоге мы хотим найти возможность печати живых вычислительных платформ, которые смогут использоваться в носимой электронике», — прокомментировал Юк.
Что же касается ближайшего времени, то команда исследователей ищет возможность применения разработанной ими технологии в производстве химических датчиков и систем направленной доставки лекарственных препаратов, которые могут быть запрограммированы на выпуск лекарств или той же глюкозы в организм в нужное время.