Первый шаг к живым компьютерам

Как-то раз я уже писала про 3D-печать с помощью микроорганизмов, и вот на днях пришло новое сообщение на эту тему, ученые не останавливаются на достигнутом.

Инженеры Массачусетского технологического института (США) разработали новую технологию 3D-печати, в которой используется новый вид чернил, изготовленных из генетически модифицированных живых клеток.

Разные клетки нового материала активируются в ответ на различные раздражители. Специализированные вещества смешиваются с гидрогелем и питательными веществами и далее печатаются по слоям, что дает возможность создать настоящую трехмерную структуру, как в электронных приборах.

В качестве демонстрации своего изобретения команда напечатала «живую татуировку» на руке у человека, в ней специализированные клетки расположены в форме дерева. Каждая ветвь “дерева” содержит клетки, чувствительные к определенному химическому или физическому воздействию. Когда оно появлялось, то определенная ветвь “загоралась” в ответ. Это было ультрафиолетовое освещение и различные химические вещества.

Соавторы доклада, вышедшего в журнале Advanced Materials, профессор Чжао (Xuanhe Zhao) и доцент Тимоти Лу (Timothy Lu) рассказали, что такая технология может быть использована для изготовления носимых датчиков и интерактивных дисплеев. Метка на коже сможет показать человеку недопустимый уровень загрязняющих веществ, температуру, рН-фактор среды и т.д. Трехмерные многослойные материалы можно будет запрограммировать для множества полезных функций.

В последние годы множество инженеров пытались получить разнообразные гибкие материалы в качестве основы для печати. Например, использовались чернила, изготовленные из термочувствительных полимеров - такой материал изменяет форму в зависимости от температуры. Был еще проект с фотоактивными структурами, в них полимеры сжимаются и растягиваются в зависимости от освещенности.

Команда Чжао, работающая с биоинженерами в лаборатории Лу, выяснила, что живые клетки также могут реагировать на внешние раздражители, к тому же их можно заранее генетически “программировать” на разные варианты. Они были не первыми, кто предложил такую схему, но у них первых получилось реализовать ее на практике.

Ранее пробовали использовать клетки животных, но их стенки слабы и разрывались при печати под давлением. Разработчики тогда решили попробовать клетки бактерий - и не прогадали. Клетки микроорганизмов имеют жесткие стенки выдерживающие путешествие сквозь сопла принтера. К тому же они лучше совместимы с большинством гидрогелей (это смесь полимера с водой). В этой среде они выживают наилучшим образом.

После многочисленных экспериментов был определен оптимальный вид гидрогеля для печати - на основе полиэтиленгликоля. Помимо идеальной среды для бактерий, он еще имеет отличную консистенцию для нанесения (примерно как зубная паста), что обеспечивает долгое время сохранения формы.

Источник:http://meche.mit.edu

От татуировок до живых компьютеров

Особенно потрясает возможность печати схем мелкого масштаба - разные бактерии могут быть нанесены на “плату” с высоким разрешением около 30 микрометров, а это уже технологии сравнимые с производством микроэлектроники. Каждая линия при этом толщиной всего в несколько живых клеток. А общий размер устройства может составлять несколько сантиметров.

Их система печати реализована на стандартном трехмерном принтере, к которому они разработали специальные приспособления. У команды получилось создать и специальные бактерии для связей разных напечатанных участков, по сути это аналог электрических импульсов, входной сигнал освещения получилось передать в неосвещенные области через специальные связи.

А это уже первый шаг к разработке “живых” компьютеров - структур с разными типами клеток, которые принимают и передают сигналы, в точности как транзисторных схемы в электротехнике. Перспективы просто потрясающие.

В ближайших планах производство индивидуальных датчики в виде гибких наклеек или татуировок, еще возможно создание лекарственных капсул, высвобождающихся и проникающих в организм человека через заранее заданное время. Это могло бы помочь например больным с сахарным диабетом.