活细胞3D打印“有生命的纹身”,制造可穿戴传感器

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2018-03-07 9:37:33

▲活细胞3D打印。 图片来源:麻省理工学院

近年来,科学家们已经探索了多种反应性材料作为3D打印的墨水。例如,科学家们使用由温度敏感的聚合物制成的墨水来打印热敏感的变形物体。另一些人则用聚合物打印出光敏结构,会随着光线的变化收缩或伸展。

麻省理工学院的科学家们在研究中意识到,活细胞也可以作为3D打印的墨水,特别是它们可以通过基因工程改造来响应各种刺激。副教授卢冠达(Timothy Lu)领导的研究小组发明了一种3D打印技术,其使用的新型墨水由经基因工程改造的活细胞、水凝胶和营养物质混合制成,能够支持细胞生存及功能。细胞可以被层层打印出来,形成三维、交互式的结构,响应各种刺激,感知环境化学物质和污染物,以及pH和温度的变化。此外,该技术还可以用来制造可穿戴传感器和互动显示器的“活性”材料。研究成果于日前发表在Advanced Materials。

研究人员通过改造细胞,使其能相互交流。例如,他们对一些细胞进行编程,使这些细胞在接收到来自另一个细胞的特定信号时就会点亮。为了在三维结构中测试这种类型的通信,他们打印了一个作为输入信号的水凝胶薄层,覆盖上另一层负责输出或响应信号的水凝胶。他们发现只有当输出薄层覆盖于接收薄层,并收到相应细胞的输入信号时才会发光。

未来,研究人员可能会使用该技术来打印“活体计算机”――一种含有多种细胞的结构,细胞之间像芯片上的晶体管一样相互交流,传递信号。

研究人员的短期应用目标是以柔性补丁或贴纸的形式制造个性化的传感器,用来检测各种化合物。他们还设想,该技术可能被用于制造药物胶囊和外科植入物,包括细胞工程产生的化合物,如葡萄糖等,并根据治疗需要控制其释放。

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