एक लाइव टैटू से एक सेंसर कोने के चारों ओर है

हाल के वर्षों में, वैज्ञानिकों ने 3 डी प्रिंटर पर मुद्रण के लिए विभिन्न असामान्य स्याही की कोशिश की है। कुछ स्याही हीट-सेंसिटिव पॉलिमर से बनाए गए थे और उन्हें गर्मी के प्रभाव में आकार बदलने वाली वस्तुओं को प्रिंट करने की आवश्यकता थी। अन्य लोगों ने प्रकाश संश्लेषक बहुलक संरचनाओं को मुद्रित किया जो प्रकाश की धाराओं के जवाब में अनुबंध और खिंचाव करते हैं। मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (MIT) के विशेषज्ञों ने एक "लाइव" टैटू बनाया। "टैटू" शब्द पूरी तरह से सही नहीं है। बैक्टीरिया पैटर्न त्वचा पर नहीं चिपकता है, लेकिन परत-दर-परत छपाई के बाद एक तरलीकृत जेल का उपयोग करके चिपकाया जाता है, और बैक्टीरिया पैटर्न की मुद्रित दीवारों के अंदर रहते हैं, जबकि खाद्य संसाधन हैं। बैक्टीरिया बाहरी उत्तेजनाओं के लिए उनकी पारगम्यता में परिवर्तन, कंपन या उनके रंग को बदलकर प्रतिक्रिया कर सकते हैं (अधिक सही विशेष शर्तें नीचे दी गई हैं) और जिससे स्वास्थ्य समस्याओं या पर्यावरण के बारे में स्वामी को संकेत मिलता है या किसी डिवाइस को जानकारी प्रेषित करता है। दिखाए गए उदाहरण में, "जीवित सेंसर" ने प्रतिदीप्ति तंत्र (चमकता हुआ) का उपयोग किया।




प्रोफेसर जुआनहे झाओ और एसोसिएट प्रोफेसर टिमोथी लू के नेतृत्व में शोध दल ने एक पेड़ के आकार में एक पतली पारदर्शी पैच (पैच) - एक "लाइव टैटू" छापकर अपनी तकनीक का प्रदर्शन किया। पेड़ की 3 शाखाओं में से प्रत्येक को कोशिकाओं से संतृप्त किया गया था जो एक विशेष रासायनिक या आणविक यौगिक के प्रति संवेदनशील थे। तब यह एक पारदर्शी इलास्टोमेरिक परत से जुड़ा था और स्वयंसेवक की कलाई पर पैच के प्रभाव को जांचा गया था। त्वचा पर कई रासायनिक यौगिक लगाए गए। जब एक पैच एक त्वचा पर लागू किया गया था जो विभिन्न यौगिकों के संपर्क में था, तो पेड़ के वांछित क्षेत्र प्रतिक्रिया में प्रकाश करते हैं।

सेंसर ने कई घंटों तक काम किया और इस दौरान सेंसर की प्रत्येक 3 "शाखाओं" को तब रोशन किया गया जब बैक्टीरिया को संबंधित रासायनिक चिड़चिड़ाहट महसूस हुई। रंग परिवर्तन बैक्टीरिया कोशिकाओं के अंदर फ्लोरोसेंट प्रोटीन के प्रक्षेपण के साथ जुड़ा हुआ था।



पैटर्न एक मानक तीन-आयामी प्रिंटर के आधार पर मुद्रित किया गया था, लेकिन उन उपकरणों के संयोजन में जिन्हें उन्होंने स्वयं संशोधित किया था। 3 डी प्रिंटर पर प्रिंट करने के लिए, जीवाणुओं की दीवारों को आनुवंशिक रूप से संशोधित करना आवश्यक था, उन्हें एक घनत्व में लाया गया जो 3 डी प्रिंटिंग के दौरान प्रिंटर से जेट के दबाव का सामना कर सकता था। अन्य अध्ययनों में पहले इस्तेमाल की जाने वाली स्तनधारी लिपिड कोशिकाएं केवल मुद्रण पर खिंचाव से फटती हैं। बैक्टीरिया के जीवित रहने की डिग्री को स्वयं बढ़ाना अभी भी आवश्यक था। शोधकर्ताओं ने हाइड्रोजेल के प्रकार को निर्धारित करने के लिए एक स्क्रीनिंग परीक्षण किया जो बैक्टीरिया कोशिकाओं को सबसे अच्छा लगेगा। व्यापक खोज के बाद, हाइड्रोजेल और प्लुरोनिक एसिड को सबसे अनुकूल सामग्री के रूप में सबसे अच्छा संयोजन माना गया। मुद्रण के बाद, पैटर्न पराबैंगनी विकिरण के तहत कठोर हो गया और एक "स्मार्ट" स्टिकर स्टिकर (पैच) बन गया।

शोधकर्ताओं ने एक दूसरे के साथ संवाद करने के लिए बैक्टीरिया भी बनाया है; उदाहरण के लिए, उन्होंने केवल प्रकाश व्यवस्था के लिए कुछ कोशिकाओं को क्रमबद्ध किया, जब उन्हें दूसरे सेल से एक विशिष्ट संकेत मिलता है। तीन आयामी संरचना में इस प्रकार के बंधन का परीक्षण करने के लिए, उन्होंने "इनपुट" (सिग्नल जनरेट करने वाले) बैक्टीरिया के साथ हाइड्रोजेल फिलामेंट्स की एक पतली शीट मुद्रित की और फिलामेंट की एक परत "आउटपुट" (सिग्नल प्राप्त करने वाले) बैक्टीरिया के साथ। वैज्ञानिकों ने पाया है कि आउटपुट फाइबर केवल तभी रोशन होते हैं जब वे संबंधित जीवाणुओं से इनपुट प्राप्त करते हैं। भविष्य में, मानव जाति "जीवित कंप्यूटर" के संचालन के लिए इस तकनीक का उपयोग करने में सक्षम होगी - कई प्रकार की कोशिकाओं के साथ संरचनाएं जो एक दूसरे के साथ संचार करती हैं, संकेतों को पीछे और पीछे स्थानांतरित करती हैं, जैसे एक माइक्रोचिप पर ट्रांजिस्टर।

यह एक दूर की संभावना है, लेकिन अध्ययन के लेखकों को किसी दिन पहनने योग्य कंप्यूटरों के प्रिंट की उम्मीद है। वर्तमान में, लचीले स्टिकर के रूप में व्यक्तिगत सेंसर का उपयोग किया जाएगा। योजनाओं में सर्जिकल प्रत्यारोपण कारखानों का निर्माण भी शामिल है जो किसी व्यक्ति के अंदर उपयोगी यौगिकों का उत्पादन करते हैं, जैसे कि ग्लूकोज। "हम बैक्टीरिया कोशिकाओं का उपयोग मनुष्यों में निर्मित कारखाने में श्रमिकों के रूप में कर सकते हैं।" अध्ययन में भाग लेने वाले Hyunwoo Yuk का मानना ​​है कि भविष्य में, इस तरह के जीवित सेंसर का उपयोग दवा वितरण प्रणालियों की एक नई पीढ़ी बनाने के लिए किया जा सकता है।

निम्नलिखित जीवित सामग्री को डिजाइन करने के लिए एक योजनाबद्ध वर्कफ़्लो है। रासायनिक प्रसार और सेल प्रेरण सहित जीवित सामग्रियों से प्रतिक्रियाएं, वांछित सेंसर के निर्माण के लिए प्रतिक्रिया प्रदान करने के लिए पूर्व-मॉडल हैं। लाइव सेंसर को प्रिंट करने में शामिल मुख्य पॉलोक्सामर प्लुरोनिक F127 है । यह एक ब्लॉक कॉपोलीमर है जिसका औसत आणविक भार 13,000 दा है। महत्वपूर्ण एकाग्रता के ऊपर एक बहुलक एकाग्रता के साथ पतला समाधान में, प्लुरोनिक सहज रूप से एक हाइड्रोफोबिक केंद्रीय कोर और हाइड्रोफिलिक अवशेषों के साथ 30-50 एनएम के व्यास के साथ समुच्चय (मिसेल) बनाता है जो बाहरी वातावरण को निर्देशित करता है। पर्याप्त रूप से उच्च सांद्रता में, माइक्रोएलेट्स गैर-पृथक अणुओं के साथ थर्मोडायनामिक संतुलन में हैं। जब घोल पतला हो जाता है, तो मिसेल विघटित हो जाते हैं, और सर्फेक्टेंट की सांद्रता में वृद्धि के साथ, मिसेल पुनः प्रकट हो जाते हैं।



नई तकनीक और नई संशोधित कोशिकाओं ने उच्च रिज़ॉल्यूशन (30 माइक्रोन) के साथ बड़े पैटर्न (3 सेमी) बनाना संभव बना दिया, जहां कोशिकाएं निर्दिष्ट एल्गोरिदम के अनुसार संकेतों को संचार और संसाधित कर सकती हैं। विशेषज्ञों के लिए, सामग्री यहां तैनात हैं । शोधकर्ताओं ने संरचनाएं बनाई हैं जो प्रतिक्रियाओं (आकार) के आकार और सटीकता के संदर्भ में संचालित हैं, लेकिन उन्हें इस दिशा में भी सुधार करना होगा। अधिक संबंधों के साथ अधिक घने पैटर्न की आवश्यकता होती है। मुख्य कार्यों में से एक कंप्यूटर चिप की वास्तुकला को पुन: पेश करना है। विशिष्ट रसायनों के लिए एक निश्चित प्रतिक्रिया के साथ आनुवंशिक रूप से संशोधित बैक्टीरिया को दसियों और सैकड़ों प्रजातियों में विभाजित किया जाएगा। यह उनकी नियंत्रण प्रणाली बन जाएगी - तीन आयामी संरचना के नोड्स के लिए आवश्यक समाधानों की आपूर्ति करके, वैज्ञानिक एक पूर्व-प्रोग्राम प्रक्रिया शुरू करने में सक्षम होंगे।