Исследователи использовали 3-D печать хрящевых клеток и наноматериалов для создания функциональных ушей, которые получают радиосигналы. Исследование показывает, что в один прекрасный день можно будет создать бионические ткани и органы.
В тканевой инженерии клетки и другие материалы используются для улучшения или замены тканей организма, таких как кости и хрящ. В настоящее время, однако, сложно создавать структуры 3-D для использования в организме, особенно органы со сложными геометриями, такие как уши.
Чтобы преодолеть эту проблему, команда исследователей во главе с доктором Майклом МакЭлпайна в Принстонском университете и д-р Дэвид Грасиас в Университете Джона Хопкинса обратился к аддитивным производство, или 3-D печати. В этом процессе, объект 3-Д 'печатается' путем устанавливающей последовательные слои материала в виде рисунка на основе цифровой модели.
Исследователи использовали системы автоматизированного проектирования (САПР) рисунок человека правое ухо в качестве основы для печати. Они использовали 3 компоненты в качестве принтера "чернила": хрящевых клеток в матрице гидрогеля, структурного силикона и силикона вливали наночастиц серебра. е уха был построен слой за слоем с помощью обычного 3-D принтер, с серебряной проникнуты "чернил", образуя спиральную антенну.
В течение 10-недельного периода в условиях культуры гидрогелевый компонент печатного уха был реабсорбирован, и клетки развивали внеклеточный матрикс, превращая ухо в непрозрачное.
Исследователи охарактеризовали биохимические, механические и функциональные свойства уха. Они обнаружили, что "киборг ухо" может принимать сигналы в широком диапазоне радиочастот, с индукционной катушкой, действующего в качестве приемной антенны. Частоты E Сигнал варьировались от 1 МГц до 5 ГГц.
Чтобы продемонстрировать универсальность подхода, исследователи перевернули дизайн САПР и создали дополнительное левое ухо. Они разоблачали уши антенными сигналами левого и правого стереофонического звука, собирали сигналы, полученные ушами, подавали их в цифровой осциллограф и воспроизводили полученные аудиосигналы через громкоговорители. Система выпускала высококачественную аудиосистему, о чем свидетельствует исполнение фильма Бетховена Für Elise.
В целом, есть механические и тепловые проблемы с взаимодействием электронных материалов с биологическими материалами », - говорит МакАлпин. Наша работа предлагает новый подход - построить и расширить биологию с помощью синергетики электроники и в переплетенном формате 3-D.
Это доказательство принципиального исследования показывает, что ткани и электроника могут быть объединены с образованием гибридных, бионических органов. В настоящее время команда планирует включить другие материалы, чтобы позволить уху регистрировать акустические звуки. Печать 3-D может расширить возможности для создания нового поколения имплантатов и протезов для восстановления или даже улучшения возможностей человека.
