实时纹身传感器即将来临

近年来,科学家们尝试了各种不寻常的墨水在3D打印机上进行打印。 一些油墨是由热敏聚合物制成的,需要印刷在热的作用下改变形状的物体。 其他印刷的光敏聚合物结构响应于光流而收缩和拉伸。 麻省理工学院(MIT)的专家制作了 “实时”纹身。 术语“纹身”并不完全准确。 细菌的图案不会粘在皮肤上,而是经过一层一层的印刷后用液化凝胶粘合,并且细菌在有食物资源的情况下生活在图案的印刷壁内。 细菌可以通过改变其渗透性,振动或改变其颜色来对外部刺激做出反应(下文给出了更正确的专业术语),从而向所有者发出有关健康问题或环境的信号,或将信息传输到某些设备。 在所示示例中,“活体传感器”使用了荧光机制(发光)。




由赵选和教授和卢武oth副教授领导的研究小组通过印刷“活纹身”(一种树状的透明透明补丁(补丁))向记者展示了他们的技术。 树的3个分支中的每一个都充满了对特定化学或分子化合物敏感的细胞。 然后将其附着在透明的弹性体层上,并检查贴剂对志愿者手腕的影响。 几种化学化合物被应用于皮肤。 当将贴剂施用到暴露于各种化合物的皮肤上时,树木的所需区域会随之发光。

传感器工作了几个小时,在此期间,当细菌感觉到相应的化学刺激物时,传感器的三个“分支”都被照亮。 颜色的变化与细菌细胞内荧光蛋白的发射有关。



该图案是在标准的三维打印机的基础上进行打印的,但要结合他们自己修改的设备一起打印。 为了在3D打印机上进行打印,有必要对细菌的壁进行基因改造,使其密度达到可以承受3D打印期间打印机的喷射压力的密度。 其他研究中较早使用的哺乳动物脂质细胞在印刷时就从该菌株中突然破裂。 仍然有必要提高细菌本身的存活率。 研究人员进行了一项筛选测试,以确定细菌细胞将最好吸收的水凝胶类型。 经过广泛的搜索,水凝胶和普鲁尼克酸被认为是最相容的材料的最佳组合。 印刷后,图案在紫外线辐射下硬化,成为“智能”不干胶标签(补丁)。

研究人员还创造出细菌来互相交流。 例如,他们将某些单元编程为仅在它们从另一个单元接收到特定信号时才点亮。 为了在三维结构中测试这种类型的键,他们印刷了一层薄薄的水凝胶细丝,上面带有“输入”(产生信号的)细菌,一层长丝叠加在它们上面,上面带有“输出”(产生信号的)细菌。 科学家发现,只有当输出纤维接收到来自相应细菌的输入信号时,它们才会被照亮。 将来,人类将能够将该技术用于“生命计算机”的操作-具有数种类型的单元的结构,这些单元彼此通信,来回传输信号,例如微芯片上的晶体管。

这是一个遥不可及的前景,但研究的作者希望有朝一日能打印出可穿戴式计算机。 目前,将使用柔性贴纸形式的单个传感器。 该计划还包括建立外科植入工厂,以在人体内产生有用的化合物,例如葡萄糖。 “我们可以将细菌细胞用作人类建厂的工人。” 参加这项研究的Hyunwoo Yuk相信,将来,这种活体传感器可用于创建新一代的药物输送系统。

以下是用于设计生活材料的示意性工作流程。 对来自生物材料的响应(包括化学扩散和细胞诱导)进行了预建模,以为所需传感器的构造提供反馈。 印刷实时传感器涉及的主要泊洛沙姆Pluronic F127 。 这是一种平均分子量为13,000 Da的嵌段共聚物。 在聚合物浓度高于临界浓度的稀溶液中,Pluronic自发形成直径为30–50 nm的聚集体(胶束),其疏水中心核心和亲水性残留物直接进入外部环境。 在足够高的浓度下,胶束与未缔合的分子处于热力学平衡。 当溶液被稀释时,胶束崩解,并且随着表面活性剂浓度的增加,胶束重新出现。



新技术和经过改进的新型单元使形成高分辨率(30μm)的大图案(3厘米)成为可能,其中单元可以根据指定的算法进行通信和处理信号。 对于专家,材料在此处发布。 研究人员已经形成了可以根据反应的大小和准确度(分辨率)进行操作的结构,但他们也必须朝这个方向进行改进。 需要具有更多扎带的更密集图案。 主要任务之一是重现计算机芯片的体系结构。 转基因细菌将分为数十种和数百种,并对特定化学物质产生一定的反应。 这将成为他们的控制系统-通过为三维结构的节点提供必要的解决方案,科学家将能够开始进行预编程的过程。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN408905/


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