Ученые нашли способ «татуировать» живые клетки золотом
Это может показаться высшим достижением, но новая техника нанесения татуировки золотом на живые ткани — это шаг к интеграции человеческих клеток с электронными устройствами. Основываясь на технологии изготовления, называемой наноимпринтной литографией, ученые напечатали живые фибробласты эмбриона мыши с узорами из золотых наноточек и нанопроволок. По их словам, это важный первый шаг на пути к добавлению более сложных схем. Новое исследование было опубликовано в журнале Nano Letters.
И дело даже не только в том, что киборги — это круто. По мнению разработавших его учёных во главе с инженером Дэвидом Грасиасом из Университета Джонса Хопкинса, этот метод может иметь невероятные применения в здравоохранении.
«Если представить, к чему все это будет происходить в будущем, нам бы хотелось иметь датчики для удаленного мониторинга и контроля состояния отдельных клеток и окружающей среды в режиме реального времени», — говорит Грасиас. «Если бы у нас были технологии для отслеживания здоровья изолированных клеток, мы, возможно, могли бы диагностировать и лечить заболевания гораздо раньше, а не ждать, пока будет поврежден весь орган».
Инженеры уже некоторое время ищут способ интегрировать электронику с биологией человека, но есть серьезные препятствия. Одним из самых больших препятствий является несовместимость живых тканей с технологиями производства, используемыми для создания электроники.
Хотя существуют способы сделать вещи маленькими и гибкими, они часто используют агрессивные химикаты, высокие температуры или вакуум, которые разрушают живые ткани или мягкие материалы на водной основе.
Грасиас и его команда основали свою технику на литографии наноимпринтов, которая во многом похожа на то, на что она похожа: использование штампа для впечатывания наноразмерных узоров в материал. Здесь материал — золото, но это только первый этап процесса. После создания рисунка его необходимо перенести и приклеить к живой ткани.
Исследователи сначала напечатали наноразмерное золото на кремниевой пластине, покрытой полимером. Затем полимер растворили, чтобы рисунок можно было перенести на тонкие пленки стекла, где он был обработан биологическим соединением под названием цистеамин и покрыт гидрогелем.
Затем рисунок снимали со стекла и обрабатывали желатином перед переносом в клетку фибробласта. Наконец гидрогель растворился. Цистеамин и желатин помогли золоту связаться с клеткой, где оно оставалось и перемещалось вместе с клеткой в течение следующих 16 часов.
Они использовали ту же технику, чтобы прикрепить массивы золотых нанопроволок к мозгу крыс. Но фибробласты, по их словам, представляют собой наиболее впечатляющий результат.
«Мы показали, что можем прикреплять сложные наноструктуры к живым клеткам, гарантируя при этом, что клетка не умрет», — говорит Грасиас. «Это очень важный результат: клетки могут жить и двигаться вместе с татуировками, потому что часто существует значительная несовместимость между живыми клетками и методами, которые инженеры используют для изготовления электроники».
Поскольку наноразмерная литография относительно проста и недорога, эта работа представляет собой путь к разработке более сложной электроники, такой как электроды, антенны и схемы, которые будут интегрированы не только с живыми тканями, но и с гидрогелями и другими мягкими материалами, несовместимыми с живыми тканями.
«Мы ожидаем, что этот процесс наноструктурирования в сочетании с различными классами материалов и стандартными методами микропроизводства, такими как фотолитография и электронно-лучевая литография, — пишут исследователи, — откроет возможности для разработки новых субстратов для клеточных культур, биогибридных материалов, бионических устройств и биосенсоры».