Создание высокоточных трехмерных объектов размером меньше человеческого волоса предъявляет особые требования к оборудованию. Эта технология жизненно важна в областях от медицины, где выращивают ткани из клеток, до микроэлектроники. Однако ключевое препятствие – высокая стоимость и сложность изготовления микроскопических печатающих головок. Традиционные металлические или пластиковые сопла даже с отверстием в 50 микрометров обходятся дорого, а малейший засор делает их негодными.
Биомимикрия: Готовые решения природы
Мир живой природы предлагает удивительно эффективные инструменты для работы с жидкостями, будь то впрыскивание или выкачивание. Яркие примеры – жало скорпиона, клыки змей или хоботки насекомых. Биомимикрия призывает использовать эти готовые природные решения в технике. Такой революционный подход обещает не только снизить стоимость расходных материалов, но и решить проблему утилизации неразлагаемого мусора.
Выбор идеального природного инструмента
Проведя анализ различных биологических структур, биоинженеры сосредоточились на самках комаров вида Aedes aegypti. Исследователи аккуратно извлекли хоботки у выращенных в лаборатории насекомых. Каждый хоботок был надежно закреплен на стандартной насадке медицинского шприца с помощью клея. Получившееся гибридное устройство смонтировали на уникальную печатающую платформу, которую окрестили «некропринтер».
Преимущества комариного сопла для некропечати
Хоботок комара – невероятно прочное и тонкое устройство для перекачки. Внутренний диаметр его канала составляет всего около 20 микрометров – это почти вдвое меньше самого тонкого промышленного сопла и тоньше человеческого волоса. При этом природная игла обладает достаточной жесткостью, чтобы сохранять идеально прямую форму во время печати и не гнуться при контакте с поверхностью.
Испытания и выдающиеся результаты новой технологии
Заполнив систему биосовместимыми чернилами, ученые приступили к печати методом экструзии. Первоочередной задачей стало определение прочностных характеристик нового сопла. Оказалось, что оно способно выдержать внутреннее давление до внушительных 60 килопаскалей. Эксперименты помогли найти оптимальные параметры скорости движения печатающей головки и подачи материала, обеспечивая непрерывность линий без перегрузки канала.
Для демонстрации потенциала технологии исследователи создали ряд микроскопических структур. Они напечатали ажурную решетку с тончайшими перегородками, напоминающую пчелиные соты, и детализированный контур кленового листа. Ширина линий на фигурках варьировалась от 18 до 28 микрометров. Важно, что помимо полимерных чернил, хоботок успешно работал с растворами, содержащими живые раковые клетки и эритроциты, не повреждая их оболочки.
Будущее возобновляемых биосопел
Данная работа ярко продемонстрировала, что обычный комариный хоботок может служить блестящей и экономичной альтернативой сложным инженерным деталям. Подход позволяет создавать уникальные микроструктуры с минимальными затратами благодаря низкой себестоимости разведения лабораторных насекомых. Эти возобновляемые биоиглы обладают большим потенциалом для применения в клинической диагностике, микроинженерии и тканевой инженерии при создании каркасов для клеточного роста.
Источник: naked-science.ru
