En los últimos años, los científicos han probado varias tintas inusuales para imprimir en impresoras 3D. Algunas tintas estaban hechas de polímeros sensibles al calor y eran necesarias para imprimir objetos que cambian de forma bajo la influencia del calor. Otros imprimieron estructuras de polímeros fotosensibles que se contraen y se estiran en respuesta a las corrientes de luz. Los especialistas del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) se
hicieron un tatuaje "en vivo". El término "tatuaje" no es del todo exacto. El patrón de bacterias no se adhiere a la piel, pero se pega con un gel licuado después de la impresión capa por capa, y las bacterias viven dentro de las paredes impresas del patrón mientras hay recursos alimenticios. Las bacterias pueden responder a estímulos externos cambiando su permeabilidad, vibrando o cambiando su color (a continuación se dan términos especializados más correctos) y, por lo tanto, señalando al propietario sobre problemas de salud o el medio ambiente o transmitiendo información a algún dispositivo. En el ejemplo que se muestra, el "sensor vivo" utilizó el mecanismo de fluorescencia (iluminado).
El equipo de investigación, dirigido por el profesor Xuanhe Zhao y el profesor asociado Timothy Lu, demostró su técnica a los periodistas al imprimir un "tatuaje en vivo": un parche (parche) delgado y transparente en forma de árbol. Cada una de las 3 ramas del árbol estaba saturada de células que eran sensibles a un compuesto químico o molecular en particular. Luego se unió a una capa elastomérica transparente y se verificó el efecto del parche en la muñeca del voluntario. Se aplicaron varios compuestos químicos a la piel. Cuando se aplicó un parche a una piel que estuvo expuesta a varios compuestos, las áreas deseadas del árbol se iluminaron en respuesta.
El sensor funcionó durante varias horas y durante este tiempo cada una de las 3 "ramas" del sensor se iluminó cuando la bacteria sintió los irritantes químicos correspondientes. El cambio de color se asoció con el lanzamiento de proteínas fluorescentes dentro de las células bacterianas.
El patrón se imprimió sobre la base de una impresora tridimensional estándar, pero en combinación con dispositivos que ellos mismos modificaron. Para imprimir en una impresora 3D, era necesario modificar genéticamente las paredes de las bacterias, llevándolas a una densidad capaz de resistir la presión del chorro de la impresora durante la impresión 3D. Las células lipídicas de mamíferos utilizadas anteriormente en otros estudios simplemente estallaron por la tensión en la impresión. Todavía era necesario aumentar el grado de supervivencia de las bacterias mismas. Los investigadores realizaron una prueba de detección para determinar el tipo de hidrogel que las células bacterianas tomarán mejor. Después de una búsqueda exhaustiva, el hidrogel y el ácido plurónico se consideraron la mejor combinación como el material más compatible. Después de la impresión, el patrón se endureció bajo la radiación ultravioleta y se convirtió en una pegatina adhesiva "inteligente" (parches).
Los investigadores también han creado bacterias para comunicarse entre sí; por ejemplo, programaron algunas celdas para la iluminación solo cuando reciben una señal específica de otra celda. Para probar este tipo de enlace en una estructura tridimensional, imprimieron una delgada lámina de filamentos de hidrogel con bacterias "entradas" (generadoras de señales) y una capa de filamentos superpuesta sobre ellas con bacterias "salidas" (receptoras de señales). Los científicos han descubierto que las fibras de salida se iluminan solo cuando reciben información de las bacterias correspondientes. En el futuro, la humanidad podrá usar esta técnica para la operación de "computadoras vivas", estructuras con varios tipos de células que se comunican entre sí, transmitiendo señales de un lado a otro, como los transistores en un microchip.
Esta es una perspectiva lejana, pero los autores del estudio esperan imprimir algún día computadoras portátiles en vivo. En la actualidad, se utilizarán sensores individuales en forma de adhesivos flexibles. Los planes también incluyen la creación de fábricas de implantes quirúrgicos que producen compuestos útiles dentro de una persona, como la glucosa. "Podemos usar células bacterianas como trabajadores en una fábrica construida en humanos". Hyunwoo Yuk, quien participó en el estudio, cree que en el futuro, estos sensores vivos se pueden usar para crear una nueva generación de sistemas de administración de medicamentos.
A continuación se muestra un flujo de trabajo esquemático de diseño de material vivo. Las respuestas de los materiales vivos, incluida la difusión química y la inducción celular, se modelan previamente para proporcionar retroalimentación para la construcción del sensor deseado. El
poloxámero principal que participa en la impresión de sensores en vivo es el
Pluronic F127 . Este es un copolímero de bloque con un peso molecular promedio de 13,000 Da. En soluciones diluidas con una concentración de polímero por encima de la concentración crítica, Pluronic forma agregados (micelas) espontáneamente con un diámetro de 30–50 nm con un núcleo central hidrofóbico y residuos hidrofílicos dirigidos al ambiente externo. En una
concentración suficientemente alta, las micelas están en equilibrio termodinámico con moléculas no asociadas. Cuando la solución se diluye, las micelas se desintegran y, con un aumento en la concentración de tensioactivos, reaparecen las micelas.
La nueva tecnología y las nuevas células modificadas permitieron formar patrones grandes (3 cm) con alta resolución (30 μm), donde las células pueden comunicarse y procesar señales de acuerdo con algoritmos específicos. Para especialistas, los materiales se publican
aquí . Los investigadores han formado estructuras que son operables en términos de tamaño y precisión de las reacciones (resolución), pero también tienen que mejorar en esta dirección. Se requieren patrones más densos con más lazos. Una de las tareas principales es reproducir la arquitectura del chip de la computadora. Las bacterias genéticamente modificadas se dividirán en decenas y cientos de especies, con una cierta reacción a productos químicos específicos. Esto se convertirá en su sistema de control: al proporcionar las soluciones necesarias a los nodos de la estructura tridimensional, los científicos podrán comenzar un proceso preprogramado.