Ученые создали биоэлектронный гидрогель: что это такое
Напечатанный на 3D-принтере «умный» гранулированный гидрогель будет замещать клеточные структуры и фрагменты тканей и контролировать процессы в организме вместо металлических и пластиковых имплантов.
Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail
Носимые или имплантируемые устройства для мониторинга биологических процессов, таких как частота сердечных сокращений, полезны, но обычно они изготавливаются из металлов, кремния, пластика и стекла и часто требуют хирургического вмешательства или эндоскопических манипуляций для установки. Группа ученых из Инженерной школы Маккелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе разрабатывает биоэлектронные гидрогели, которые однажды смогут заменить существующие устройства и будут гораздо более гибкими и универсальными.
Александра Рутц, доцент кафедры биомедицинской инженерии, и Анна Гестенкорс, аспирантка в лаборатории Рутц, создали новые гранулированные гидрогели. Они состоят из микрочастиц, которые можно вводить в организм, распределять по тканям или использовать для инкапсуляции клеток и тканей, а также для мониторинга и стимуляции биологической активности. Результаты их исследования были опубликованы в журнале Small.
Микрочастицы представляют собой сферы, изготовленные из проводящего полимера, известного как PEDOT:PSS. При плотной упаковке они похожи на влажный песок или пасту: они сохраняют твердость за счет микропор. Их можно напечатать на 3D-принтере и придать им различную форму или распределить по отдельным микрочастицам при помещении в жидкую среду.
Рутц отмечает, что гранулированные гидрогели пока не получили широкого распространения в этой области, но результаты опытов показывают, что этот материал можно вводить с помощью иглы в нужное место. Исследовательницы позаимствовали методы тканевой инженерии и добились того, чтобы электропроводящие материалы имитировали свойства тканей. При этом можно использовать функции этих материалов для решения более сложных задач.
Даже когда частицы плотно прилегают друг к другу, между ними образуются пустоты, которые создают пористость на микронном или клеточном уровне. Поскольку связи непостоянны, они могут смещаться относительно друг друга, и материал будет течь, как жидкость, если приложить определенную силу, которая позволит его впрыснуть или выдавить. Когда усилие прекращается, связи восстанавливаются, и материал снова становится похожим на пасту.
По словам Гестенкорс, отдельные частицы можно продавить через сопло для 3D-печати, чтобы сформировать нити. Она создала их с помощью водно-масляной эмульсии, похожей на заправку для салата. После нагревания масла она добавила полимер. При перемешивании полимер распался на крошечные капли в масле, а под воздействием высокой температуры «сшился», образовав стабильный гидрогелевый субстрат.
В рамках своего исследования ученые провели эксперимент с саранчой (Locusta migratoria) в лаборатории Барани Рамана, профессора в Инженерном колледже Маккелви и содиректора Центра исследований киборгов и биороботов Вашингтонского университета. Гестенкорс наносила небольшие скопления частиц на кончики усиков саранчи, на которых расположены обонятельные рецепторы. Частицы позволяли измерять локальные потенциалы поля, соответствующие запаху, который улавливает саранча.
Мы предполагаем, что при дальнейшем развитии эти проводящие гранулированные гидрогели можно будет использовать в качестве напечатанных на 3D-принтере индивидуальных электродов, которые могут подстраиваться под топографически разнообразные поверхности или полностью инкапсулировать биологические компоненты, каркасы для тканевой инженерии или инъекционные препараты.Александра Рутц биотехнолог.
Недавно биотехнологи смоделировали эволюции ранней жизни на Земле. Hi-Tech Mail разбирался, зачем это нужно.
Поделиться
