Технології
Технології

Пластина з нітриду кремнію захистила живі клітини під час 3D-нанодруку

Надрукований тривимірний гідрогелевий каркас. Science Advances, 2016

Надрукований тривимірний гідрогелевий каркас. Science Advances, 2016

Дослідники з Національного інституту стандартів і технологій США (NIST) представили новий спосіб 3D-друк гідрогелем, який дасть можливість створювати композиції розмірами до 100 нанометрів. Рішення вчених дає змогу не лише друкувати більш глибокі структури, а і використовувати створений гідрогель для дослідження живих клітин. Нову технологію описали в статті, опублікованій у журналі ACS Nano.

У чому особливість 3D-друку гідрогелем?

Стандартні принтери друкують тривимірні матеріали, створюючи їх шар за шаром на основі пластику або гуми. Їх навряд чи можна використовувати для друку в нанорозмірних діапазонах. Тому коли йдеться про гнучких роботів, біосенсори та медичні технології, зазвичай мають на увазі надруковані структури гідрогелю. Гідрогель — це м’який біосумісний матеріал, що являє собою еластичні полімерні конструкції, у яких укладені молекули води. Він ідеально підходить для створення наноструктур, використовуваних у медичних дослідженнях.

Його отримують під час тривимірного нанодруку методом стереолітографії, тобто опромінення рідких фоточутливих матеріалів лазерами в ультрафіолетовому діапазоні. Але в такий спосіб складно друкувати більш глибокі структури. Нанометрової роздільної здатності друку також можна досягти опроміненням твердих речовин потоком електронів, які спричинюють дисоціювання молекул у верхніх шарах. Однак, у такий спосіб через застосування вакуумної камери неможливо використовувати рідкі речовини, а отже, і поширений для медичних цілей гідрогель також. Та у своїй роботі вчені змогли обійти обмеження цих методів 3D-нанодруку.

Яку техніку застосували вчені?

Вчені створили конструкцію з двох камер, між якими помістили пластину з нітриду кремнію, яка може пропускати й електрони, і рентгенівський потік. Такий бар’єр дав змогу уникнути випаровування рідини під час застосування електронного випромінювання, адже захистив її від дії вакууму. А також із ним рентгенівські промені виявилися безпечними для живих клітин. Автори дослідження змогли зберегти цілісність клітинних мембран лінії Caco-2.

Для створення гідрогелевих структур вчені використали поліетиленгліколь діакрилат. З’єднання молекул речовини в необхідних конфігураціях відбувалося завдяки змінам параметрів рентгенного або електронного випромінювання й у результаті утворилася потрібна гідрогелева структура. Цей метод дав змогу команді створити гідрогелевий зразок розміром усього в 100 нанометрів — приблизно в 1000 разів тонший за людську волосину.

Де її можна використовувати?

Удосконалюючи свій метод, вчені розраховують відобразити на гелях структури розміром до 50 нанометрів. Через сумісність із живими клітинами, їх можна буде використовувати для виробництва маленьких гнучких медичних пристроїв, мікророботів та навіть електродів для моніторингу активності мозку чи біосенсорів для виявлення вірусів.