« Quay lại

In 3D “hình xăm sống”

Các kỹ sư tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã phát minh ra kỹ thuật in 3D sử dụng loại mực mới được làm từ các tế bào sống được lập trình di truyền.

 


Các tế bào đã được điều chỉnh cho sáng lên để phản ứng với nhiều kích thích. Khi trộn với chất sệt của hydrogel và dưỡng chất, các tế bào có thể được in theo lớp để tạo thành các cấu trúc và thiết bị ba chiều tương tác. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh kỹ thuật bằng cách in "hình xăm sống" - miếng dán mỏng, trong suốt với các tế bào vi khuẩn sống hình cây. Mỗi nhánh cây được gia cố bằng các tế bào nhạy cảm với hợp chất hóa học hoặc phân tử khác nhau. Khi miếng dán dính vào da được cho tiếp xúc với các hợp chất tương tự, các khu vực tương ứng của cây sáng lên để phản ứng lại.

Nhóm nghiên cứu cho rằng kỹ thuật của họ có thể được sử dụng để chế tạo vật liệu "hoạt động" cho cảm biến đeo trên người và màn hình tương tác. Các vật liệu này có thể được tạo hình nhờ có các tế bào sống được biến đổi để nhận biết các hóa chất môi trường và chất gây ô nhiễm, cũng như sự thay đổi độ pH và nhiệt độ. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã lập mô hình dự báo tương tác giữa các tế bào bên trong cấu trúc in 3D trong các điều kiện khác nhau. Mô hình có thể được sử dụng để định hướng thiết kế các vật liệu sống có khả năng phản ứng. 

Giải pháp thay thế bền vững
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã khám phá nhiều loại vật liệu phản ứng cho mực in 3D. Ví dụ, các nhà khoa học đã sử dụng mực in chế từ các polyme nhạy cảm với nhiệt độ để in các đồ vật thay đổi hình dạng để phản ứng với nhiệt. Các loại mực in khác có cấu trúc quang hoạt được tạo ra từ các polyme co giãn trước tác động của ánh sáng.

Nhóm nghiên cứu nhận thấy các tế bào sống cũng có thể được sử dụng làm vật liệu phản ứng cho mực in 3D, đặc biệt khi chúng có thể được biến đổi di truyền để phản ứng với nhiều kích thích. Trước đây, các nhà nghiên cứu khác cũng đã nỗ lực làm điều đó với các tế bào sống của động vật có vú, nhưng thành công còn hạn chế.

Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã xác định được loại tế bào chắc hơn nằm bên trong vi khuẩn. Các tế bào đó có vách cứng nên có khả năng sống sót trong những điều kiện tương đối khắc nghiệt như áp lực lên mực in khi mực được đẩy qua vòi phun của máy in. Bên cạnh đó, vi khuẩn không giống như tế bào của động vật có vú tương thích với hầu hết mọi loại hydrogel - vật liệu giống gel được làm từ hỗn hợp chủ yếu là nước và một ít polyme. Nhóm nghiên cứu nhận thấy hydrogel có thể cung cấp môi trường nước hỗ trợ vi khuẩn sống.

Các nhà nghiên cứu đã tiến hành kiểm tra sàng lọc để xác định loại hydrogel có khả năng trở thành nơi cư trú tốt nhất cho các tế bào vi khuẩn. Sau khi tìm kiếm trên phạm vi rộng, hydrogel với axit pluronic được xác định là vật liệu phù hợp nhất. Hydrogel cũng thể hiện tính nhất quán lý tưởng để in 3D.

Từ hình xăm đến các máy tính sống
Từ các tế bào vi khuẩn được biến đổi để sáng lên phản ứng với rất nhiều kích thích bằng hóa chất, các nhà nghiên cứu đã tìm ra công thức cho mực 3D bằng cách sử dụng kết hợp các vi khuẩn, hydrogel và dưỡng chất để giữ các tế bào và duy trì chức năng của chúng.

Các nhà khoa học đã in mực bằng máy in 3D tùy chỉnh mà họ đang chế tạo từ các nguyên liệu tiêu chuẩn kết hợp với vật liệu tự gia công. Để chứng minh kỹ thuật này, nhóm nghiên cứu đã in một mẫu hydrogel với các tế bào hình cây trên một lớp đàn hồi. Sau khi in, chúng được đông đặc hoặc xử lý miếng dán bằng cách cho tiếp xúc với tia cực tím. Sau đó, họ dán lớp đàn hồi trong suốt vào các mẫu hình sống trên đó, rồi vào da.

Để kiểm tra miếng dán, các nhà nghiên cứu đã bôi một số hợp chất hóa học ở mặt sau của vật thể đã được kiểm tra, sau đó ép miếng hydrogel lên da tiếp xúc. Trong vài giờ, các nhánh cây của miếng dán sáng lên khi vi khuẩn cảm nhận các kích thích hóa học tương ứng của chúng.

Các nhà nghiên cứu cũng đã biến đổi vi khuẩn để chúng liên lạc với nhau; ví dụ họ lập trình một số tế bào sáng lên chỉ khi họ nhận được một tín hiệu nhất định từ một tế bào khác. Để kiểm tra loại hình truyền thông này trong cấu trúc 3D, nhóm nghiên cứu đã in một tấm mỏng sợi hydrogel của "đầu vào" hoặc vi khuẩn nhận tín hiệu. Kết quả là các sợi đầu ra chỉ sáng lên khi chúng chồng lên nhau và nhận được tín hiệu đầu vào từ vi khuẩn tương ứng.

Trong tương lai, các nhà khoa học sẽ sử dụng kỹ thuật mới để in "máy tính sống" - các cấu trúc với nhiều loại tế bào liên lạc với nhau, truyền tín hiệu qua lại như các bóng bán dẫn trên vi mạch.

Đối với các ứng dụng trước mắt, các nhà nghiên cứu đang hướng tới để chế tạo cảm biến tùy chỉnh dạng miếng dán và hình dính dẻo có thể được điều chỉnh để phát hiện nhiều loại hợp chất hóa học và hợp chất phân tử. Kỹ thuật cũng có thể được sử dụng để sản xuất thuốc viên nang và các mô phẫu thuật chứa các tế bào được điều chỉnh để sản sinh các hợp chất như glucose cần được giải phóng theo thời gian để trị liệu.

Tin khác

Liên kết website Liên kết website

  Cổng Thông tin điện tử  SỞ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ TỈNH NGHỆ AN


Cơ quan chủ quản: Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Nghệ An. 

Số 75 Nguyễn Thị Minh Khai, TP. Vinh, Nghệ An

Điện thoại: 02383.844500 - Fax: 02383.598478

Email: khcn@khcn.nghean.gov.vn


Cơ quan thiết lập: Trung tâm Thông tin KHCN và Tin học Nghệ An
Số 75A Nguyễn Thị Minh Khai, TP. Vinh, Nghệ An
Điện thoại: 02383.837448 - 02383566380.   Email: webkhcnnghean@gmail.com
Người chịu trách nhiệm: Võ Hải Quang, Giám đốc TT Thông tin KHCN và Tin học Nghệ An
Giấy phép thiết lập số: 23/GP-TTĐT ngày 28/3/2017 do Sở TT&TT Nghệ An cấp

 

 

@ Ghi rõ nguồn ngheandost.gov.vn khi phát hành lại thông tin từ website này.