Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah mencoba berbagai tinta yang tidak biasa untuk dicetak pada printer 3D. Beberapa tinta dibuat dari polimer yang peka terhadap panas dan diperlukan untuk mencetak objek yang berubah bentuk di bawah pengaruh panas. Yang lain mencetak struktur polimer fotosensitif yang berkontraksi dan meregang sebagai respons terhadap aliran cahaya. Spesialis dari Massachusetts Institute of Technology (MIT)
membuat tato “hidup”. Istilah "tato" tidak sepenuhnya akurat. Pola bakteri tidak menempel pada kulit, tetapi dilem menggunakan gel cair setelah pencetakan lapis demi lapis, dan bakteri hidup di dalam dinding pola yang tercetak saat ada sumber makanan. Bakteri dapat merespons rangsangan eksternal dengan mengubah permeabilitasnya, bergetar atau mengubah warna mereka (istilah khusus yang lebih tepat diberikan di bawah) dan dengan demikian memberi sinyal kepada pemilik tentang masalah kesehatan atau lingkungan atau mengirimkan informasi ke beberapa perangkat. Dalam contoh yang ditunjukkan, "sensor hidup" menggunakan mekanisme fluoresensi (bersinar).
Tim peneliti, yang dipimpin oleh Profesor Xuanhe Zhao dan Associate Professor Timothy Lu, mendemonstrasikan teknik mereka kepada wartawan dengan mencetak "tato hidup" - tambalan transparan tipis (tambalan) tipis dalam bentuk pohon. Masing-masing dari 3 cabang pohon jenuh dengan sel-sel yang sensitif terhadap senyawa kimia atau molekul tertentu. Kemudian dilekatkan ke lapisan elastomer transparan dan efek tambalan pada pergelangan tangan sukarelawan diperiksa. Beberapa senyawa kimia dioleskan ke kulit. Ketika tambalan diterapkan pada kulit yang terpapar berbagai senyawa, area pohon yang diinginkan menyala sebagai respons.
Sensor bekerja selama beberapa jam dan selama ini masing-masing dari 3 "cabang" sensor menyala ketika bakteri merasakan iritasi kimia yang sesuai. Perubahan warna dikaitkan dengan peluncuran protein fluoresen di dalam sel bakteri.
Pola dicetak berdasarkan printer tiga dimensi standar, tetapi dikombinasikan dengan perangkat yang mereka modifikasi sendiri. Untuk mencetak pada printer 3D, perlu untuk memodifikasi secara genetik dinding bakteri, membawa mereka ke kepadatan yang bisa menahan tekanan jet dari printer selama pencetakan 3D. Sel lipid mamalia yang digunakan sebelumnya dalam penelitian lain hanya meledak dari tekanan pada pencetakan. Itu masih perlu untuk meningkatkan tingkat kelangsungan hidup bakteri itu sendiri. Para peneliti melakukan tes penyaringan untuk menentukan jenis hidrogel yang akan diambil sel bakteri terbaik. Setelah pencarian yang ekstensif, hidrogel dan asam pluronik dianggap kombinasi terbaik sebagai bahan yang paling kompatibel. Setelah mencetak, polanya mengeras di bawah radiasi ultraviolet dan menjadi stiker stiker (tambalan) "pintar".
Para peneliti juga telah menciptakan bakteri untuk berkomunikasi satu sama lain; misalnya, mereka memprogram beberapa sel untuk penerangan hanya ketika mereka menerima sinyal spesifik dari sel lain. Untuk menguji jenis ikatan ini dalam struktur tiga dimensi, mereka mencetak selembar tipis filamen hidrogel dengan bakteri “input” (penghasil sinyal) dan lapisan filamen yang ditumpangkan padanya dengan bakteri “output” (penerima sinyal). Para ilmuwan telah menemukan bahwa serat keluaran hanya diterangi ketika mereka menerima input dari bakteri yang sesuai. Di masa depan, umat manusia akan dapat menggunakan teknik ini untuk operasi "komputer yang hidup" - struktur dengan beberapa jenis sel yang berkomunikasi satu sama lain, mentransmisikan sinyal bolak-balik, seperti transistor pada microchip.
Ini adalah prospek yang jauh, tetapi penulis penelitian berharap suatu hari nanti dapat mencetak komputer yang dapat dipakai. Saat ini, sensor individu dalam bentuk stiker fleksibel akan digunakan. Rencana tersebut juga mencakup pembuatan pabrik implan bedah yang menghasilkan senyawa yang berguna di dalam seseorang, seperti glukosa. "Kita bisa menggunakan sel bakteri sebagai pekerja di pabrik yang dibangun pada manusia." Hyunwoo Yuk, yang berpartisipasi dalam penelitian ini, percaya bahwa di masa depan, sensor hidup semacam itu dapat digunakan untuk menciptakan generasi baru dari sistem pengiriman obat.
Berikut ini adalah alur kerja skematis untuk mendesain material hidup. Respons dari bahan hidup, termasuk difusi kimia dan induksi sel, telah dimodelkan sebelumnya untuk memberikan umpan balik untuk pembangunan sensor yang diinginkan.
Poloxamer utama yang terlibat dalam pencetakan sensor hidup adalah
F127 Pluronic . Ini adalah kopolimer blok dengan berat molekul rata-rata 13.000 Da. Dalam larutan encer dengan konsentrasi polimer di atas konsentrasi kritis, Pluronic secara spontan membentuk agregat (misel) dengan diameter 30-50 nm dengan inti pusat hidrofobik dan residu hidrofilik yang diarahkan ke lingkungan eksternal. Dalam
konsentrasi yang cukup tinggi, misel berada dalam kesetimbangan termodinamika dengan molekul yang tidak berhubungan. Ketika larutan diencerkan, misel hancur, dan dengan peningkatan konsentrasi surfaktan, misel muncul kembali.
Teknologi baru dan sel-sel baru yang dimodifikasi memungkinkan untuk membentuk pola besar (3 cm) dengan resolusi tinggi (30 μm), di mana sel dapat berkomunikasi dan memproses sinyal sesuai dengan algoritma yang ditentukan. Untuk spesialis, materi diposting di
sini . Para peneliti telah membentuk struktur yang dapat dioperasikan dalam hal ukuran dan keakuratan reaksi (resolusi), tetapi mereka juga harus meningkatkan ke arah ini. Diperlukan pola yang lebih padat dengan ikatan lebih banyak. Salah satu tugas utama adalah mereproduksi arsitektur chip komputer. Bakteri yang dimodifikasi secara genetik akan dibagi menjadi puluhan dan ratusan spesies, dengan reaksi tertentu terhadap bahan kimia tertentu. Ini akan menjadi sistem kontrol mereka - dengan menyediakan solusi yang diperlukan untuk node dari struktur tiga dimensi, para ilmuwan akan dapat memulai proses yang telah diprogram.