Чтобы напечатать по-настоящему тонкие и сложные структуры, 3D-принтеру нужен экстремально миниатюрный печатающий наконечник. Обычно такие сопла делают из специальных металлов или стекла — процесс дорогой и технологически капризный. Но что, если готовое решение уже создано природой? Ученые предложили неожиданный вариант: использовать хоботок комара.
Хоботок (пробосцис) самки комара — удивительный природный инструмент. Чтобы добраться до кровеносных сосудов, он должен аккуратно раздвигать клетки кожи, а значит, быть исключительно тонким. При этом хоботок полый, прямой и достаточно жесткий — почти идеальные характеристики для печатающего сопла. Есть и практичный бонус: источник такого «биоматериала» дешев и доступен.
Как устроена технология
Исследователи из Университета Макгилла в Монреале и Университета Дрекселя в Филадельфии взяли лабораторных самок комара Aedes aegypti. Насекомых сначала хранили в морозильной камере, затем стерилизовали в растворе 80-процентного этанола.
После этого ученые аккуратно сняли и отбросили мягкую внешнюю оболочку хоботка, обнажив его жесткую часть. На нее нанесли УФ-отверждаемую смолу и «запекли» под ультрафиолетом. Далее хоботок просто срезали лезвием — в итоге получалась миниатюрная, но прочная трубка. Ее приклеивали к стандартному пластиковому наконечнику, который использовался в 3D-принтере с технологией прямой подачи чернил (DIW, direct ink writing).
Что удалось напечатать
Получившаяся установка показала впечатляющий результат: толщина печатаемых слоев достигала 20 микрометров. Это примерно вдвое тоньше, чем могут обеспечить большинство коммерческих 3D-принтеров.
С помощью такого «комариного» сопла ученые уже напечатали микроскопические структуры — от сот и кленового листа до биологических каркасов, внутри которых находятся раковые клетки и эритроциты. Сопло можно использовать многократно, а после утилизации оно просто разлагается, не оставляя вредных отходов.
Зачем это нужно
Потенциальные области применения выглядят весьма серьезно. Среди них — создание микроскопических каркасов для роста клеток и тканевой инженерии, печать гелей с живыми клетками и даже аккуратный перенос сверхмалых объектов вроде полупроводниковых чипов. По сути, речь идет о новом классе инструментов для микроинженерии и биопечати.
Авторы дали методу довольно мрачное название — «3D-некропечать» (3D necroprinting). Оно отсылает к другим экспериментам, где в качестве механических элементов использовали тела пауков или хвосты омаров. Впрочем, идея не нова: сам комариный хоботок уже вдохновлял инженеров при разработке менее болезненных игл для шприцев.
«Используя биологические материалы как замену сложным инженерным компонентам, мы открываем путь к более устойчивым и инновационным решениям в передовом производстве и микроинженерии», — отмечает доцент Университета Макгилла Цзянью Ли.
Работа опубликована в журнале Science Advances.
