3D-gedruckten Material imitiert biologisches Gewebe

Ein Team von Chemikern hat einen Weg gefunden, 3D Material zu drucken, das lebende Gewebe ähnelt.

Die Wissenschaftler entwickelten einen 3D-Drucker, der presst aus winzigen Wassertröpfchen in einen Tropfen Öl, Miniatur-Kugeln mit einem Lipid Bilayer, die imitiert, die Membranen der lebenden Zellen zu schaffen. Sie hinterlegt diese Tröpfchen in Schichten erstellen Sie ein Material, das Biegen wie Muskel oder wie Nervenzellen kommunizieren können, wie berichtet heute (April (4) in der Fachzeitschrift Science.

"Wir haben eine neue Art von Material gemacht. Nicht nur ein neues Material, aber wirklich eine ganze Klasse von Materialien,", sagte Studie Co-Autor Gabriel Villar, Chemiker an der Universität Oxford in England. Im Prinzip könnte diese Materialien verwendet werden, jede Art von lebendem Gewebe zu imitieren Villar sagte LiveScience.

Das Material besteht aus Zehntausenden von Wassertröpfchen getrennt durch eine dünne Membran genannt ein Lipid Bilayer, der gleichen Membran, die kapselt die lebenden Zellen und verhindert, dass alles verschütten. Diese Bilayer bestehen aus eine ölige, wasserabweisende Schicht eingeklemmt zwischen zwei Wasser-freundliche Schichten.

Frühere Experimente haben Tröpfchen in Lipid Bilayer zusammengestellt, aber die Tropfen entweder Handarbeit hergestellt wurden, oder wurden mit Techniken, die die Bewegung von einzelnen Tröpfchen kontrollieren konnte nicht.

Villar und Kollegen haben einen 3D-Drucker entwickelt, der diese Tröpfchen automatisch erzeugen konnte. Der Drucker verwendet eine sehr dünne Düse Tröpfchen zu erstellen, die etwa 50 µm (etwa die Hälfte der Breite eines menschlichen Haares) sind. Der Drucker die Tröpfchen in eine ölige Lösung, die spontan jedes Tröpfchen in einer Lipid Bilayer beschichtet gepresst.

Als nächstes zeigte das Team, wie das gedruckte Material genutzt werden könnte, um einige der Funktionen von lebendem Gewebe durchzuführen. Z. B. bedruckten sie ein Netzwerk von Tröpfchen, die Signale wie Gewebe im Nervensystem (wenn auch auf einem viel einfacheren Niveau) übertragen könnte. Neuronen leiten elektrische Impulse entlang Zellmembranen indem man geladene Teilchen Ionen passieren sie genannt. Um dies zu imitieren, hinzugefügt die Forscher ein Protein von Bakterien auf einige Tröpfchen, die Löcher im Lipid Bilayer vergleichbar mit einem "Cookie Cutter" schneidet Villar sagte gemacht. Ein elektrischer Strom auf das Material angewendet ging durch diese Löcher ähnlich wie einen Nervenimpuls.

Aber die Wissenschaftler noch nicht beendet. Sie verwendet ihre Drucker, um selbst faltende Strukturen wie abgeflachten Blume zu machen, deren Blütenblätter hochgeklappt. [Siehe Video selbst Falten Tröpfchen in Aktion]

Die Faltung wurde ein vollständig passiver Vorgang, die auf die Bewegung des Wassers zwischen Tröpfchen. Die Forscher hinzugefügt Salz, um einige der Lipid-eingeschlossen Tröpfchen, die einen Salz Farbverlauf mit nahe gelegenen Tröpfchen erstellt. Wasser bewegt natürlich aus den Tröpfchen mit kein Salz auf die mit Salz, wodurch die salzigen Tröpfchen zu Schwellen. Infolgedessen die flachen Blätter zusammengerollt, um eine hohle Kugel zu bilden. Das Material war selbst gegen die Schwerkraft, ähnlich wie Muskelgewebe heben.

Letztlich sagte diese 3D-gedruckten Materialien liefern Medizin oder ersetzen beschädigte Gewebe selbst verwendet werden könnten, der Forscher.

"Dies ist eine aufregende neue Entwicklung im 3D-Druck mit synthetischen Mimik der Zellen," sagte biomedizinischen Ingenieur Will Shu der Heriot-Watt University in Großbritannien, der nicht an der Studie beteiligt war. "Es ist nicht schwer vorstellbar, diesen Ansatz für lebende Organismen integriert werden konnte und die Einsatzmöglichkeiten wären enorm."

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