في السنوات الأخيرة ، جرب العلماء العديد من الأحبار غير العادية للطباعة على طابعات ثلاثية الأبعاد. تم صنع بعض الأحبار من البوليمرات الحساسة للحرارة وكانت هناك حاجة لطباعة الأشياء التي تغير شكلها تحت تأثير الحرارة. طبع آخرون هياكل بوليمر حساسة للضوء تتقلص وتمتد استجابة لتيارات الضوء. قام متخصصون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)
بعمل وشم "حي". مصطلح "الوشم" ليس دقيقًا تمامًا. لا يلتصق نمط البكتيريا بالجلد ، ولكن يتم لصقه باستخدام هلام مسال بعد الطباعة بطبقة ، وتعيش البكتيريا داخل الجدران المطبوعة للنمط بينما توجد موارد غذائية. يمكن للبكتيريا أن تستجيب للمنبهات الخارجية عن طريق تغيير نفاذيتها ، أو اهتزازها أو تغيير لونها (ترد أدناه مصطلحات متخصصة أكثر صحة) وبالتالي إرسال إشارة إلى المالك بشأن المشاكل الصحية أو البيئة أو نقل المعلومات إلى بعض الأجهزة. في المثال الموضح ، استخدم "المستشعر الحي" آلية مضان (متوهج).
وقد أظهر فريق البحث ، بقيادة البروفيسور Xuanhe Zhao والأستاذ المساعد Timothy Lu ، أسلوبهم للصحفيين عن طريق طباعة "وشم حي" - رقعة شفافة رقيقة (رقعة) على شكل شجرة. تم تشبع كل من الفروع الثلاثة للشجرة بخلايا حساسة لمركب كيميائي أو جزيئي معين. ثم تم إرفاقه بطبقة مطاطية شفافة وتم التحقق من تأثير التصحيح على معصم المتطوعين. تم تطبيق العديد من المركبات الكيميائية على الجلد. عندما تم تطبيق رقعة على الجلد الذي تعرض لمركبات مختلفة ، تضيء المناطق المطلوبة من الشجرة استجابة لذلك.
عمل المستشعر لعدة ساعات وخلال هذا الوقت تم إضاءة كل من "الفروع" الثلاثة من المستشعر عندما شعرت البكتيريا بالمهيجات الكيميائية المقابلة. ارتبط تغير اللون بإطلاق بروتينات الفلورسنت داخل الخلايا البكتيرية.
تم طباعة النمط على أساس طابعة قياسية ثلاثية الأبعاد ، ولكن بالاشتراك مع الأجهزة التي قاموا بتعديلها بأنفسهم. للطباعة على طابعة ثلاثية الأبعاد ، كان من الضروري تعديل جدران البكتيريا وراثيًا ، مما يجعلها ذات كثافة قادرة على تحمل ضغط الطائرة من الطابعة أثناء الطباعة ثلاثية الأبعاد. تنفجر خلايا الدهون الثديية المستخدمة سابقًا في دراسات أخرى ببساطة من الضغط على الطباعة. كان لا يزال من الضروري زيادة درجة بقاء البكتيريا نفسها. أجرى الباحثون اختبار فحص لتحديد نوع الهلام المائي الذي ستأخذه الخلايا البكتيرية على أفضل وجه. بعد بحث مستفيض ، اعتبر الهيدروجيل وحمض البلورونيك أفضل تركيبة كمواد متوافقة أكثر. بعد الطباعة ، تماسك النمط تحت الأشعة فوق البنفسجية وأصبح ملصق "ذكي" (بقع).
قام الباحثون أيضًا بتكوين البكتيريا للتواصل مع بعضها البعض. على سبيل المثال ، قاموا ببرمجة بعض الخلايا للإضاءة فقط عندما يتلقون إشارة محددة من خلية أخرى. لاختبار هذا النوع من الروابط في هيكل ثلاثي الأبعاد ، قاموا بطباعة ورقة رقيقة من خيوط الهيدروجيل مع بكتيريا "المدخلات" (المولدة للإشارة) وطبقة من الخيوط المتراكبة عليها ببكتيريا "المخرجات" (استقبال الإشارة). لقد وجد العلماء أن ألياف الخرج تضيء فقط عندما تتلقى مدخلات من البكتيريا المقابلة. في المستقبل ، ستتمكن البشرية من استخدام هذه التقنية لتشغيل "أجهزة الكمبيوتر الحية" - وهي هياكل تحتوي على عدة أنواع من الخلايا التي تتواصل مع بعضها البعض ، وتنقل الإشارات ذهابًا وإيابًا ، مثل الترانزستورات الموجودة على الرقاقة الدقيقة.
هذا احتمال بعيد ، لكن مؤلفي الدراسة يتوقعون يومًا ما طباعة أجهزة كمبيوتر قابلة للارتداء. في الوقت الحاضر ، سيتم استخدام أجهزة استشعار فردية في شكل ملصقات مرنة. تتضمن الخطط أيضًا إنشاء مصانع زراعة جراحية تنتج مركبات مفيدة داخل الشخص ، مثل الجلوكوز. "يمكننا استخدام الخلايا البكتيرية كعمال في مصنع بني في البشر." يعتقد Hyunwoo Yuk ، الذي شارك في الدراسة ، أنه في المستقبل ، يمكن استخدام أجهزة الاستشعار الحية هذه لإنشاء جيل جديد من أنظمة توصيل الأدوية.
فيما يلي سير عمل تخطيطي لتصميم المواد الحية. تم تصميم الاستجابات من المواد الحية ، بما في ذلك الانتشار الكيميائي وتحريض الخلايا ، بشكل مسبق لتوفير التغذية المرتدة لبناء جهاز الاستشعار المطلوب. إن جهاز
Pluronic F127 هو جهاز
poloxamer الرئيسي المشارك في طباعة أجهزة الاستشعار الحية. هذا عبارة عن كوبوليمر كتلة بمتوسط وزن جزيئي يبلغ 13000 دا. في المحاليل المخففة بتركيز بوليمر فوق التركيز الحرج ، تشكل Pluronic تلقائيًا تجمعات (micelles) بقطر 30-50 نانومتر مع قلب مركزي مسعور وبقايا محبة للماء موجهة إلى البيئة الخارجية.
بتركيز عالٍ بما فيه الكفاية ، توجد المذيلات في توازن حراري ديناميكي مع جزيئات غير مرتبطة. عندما يتم تخفيف المحلول ، تتحلل المذيلات ، ومع زيادة تركيز المواد الخافضة للتوتر السطحي ، تظهر المذيلات مرة أخرى.
جعلت التكنولوجيا الجديدة والخلايا المعدلة الجديدة من الممكن تشكيل أنماط كبيرة (3 سم) بدقة عالية (30 ميكرومتر) ، حيث يمكن للخلايا التواصل ومعالجة الإشارات وفقًا لخوارزميات محددة. للمتخصصين ، يتم نشر المواد
هنا . قام الباحثون بتشكيل هياكل قابلة للتشغيل من حيث حجم ودقة ردود الفعل (الدقة) ، ولكن يجب عليهم أيضًا تحسين هذا الاتجاه. مطلوب أنماط أكثر كثافة مع المزيد من العلاقات. تتمثل إحدى المهام الرئيسية في إعادة إنتاج بنية شريحة الكمبيوتر. سيتم تقسيم البكتيريا المعدلة وراثيا إلى عشرات ومئات الأنواع ، مع تفاعل معين مع مواد كيميائية محددة. سيصبح هذا نظام التحكم الخاص بهم - من خلال توفير الحلول اللازمة لعقد الهيكل ثلاثي الأبعاد ، سيتمكن العلماء من بدء عملية مبرمجة مسبقًا.