Исследователи из Национального института стандартов и технологий США (NIST) представили новый способ 3D-печати гидрогелем, который даст возможность создавать композиции размерами до 100 нанометров. Решение ученых позволяет не только печатать более глубокие структуры, а и использовать созданный гидрогель для исследования живых клеток.
Новую технологию описали в статье, опубликованной в журнале ACS Nano.
В чем особенность 3D-печати гидрогелем?
Стандартные принтеры печатают трехмерные материалы, создавая их слой за слоем на основе пластика или резины. Их вряд ли можно использовать для печати в наноразмерных диапазонах. Поэтому когда речь идет про гибких роботов, биосенсоры и медицинские технологии, обычно имеют в виду напечатанные структуры из гидрогеля.
Напечатанный трехмерный гидрогелевый каркас.
Гидрогель — это мягкий биосовместимый материал, представляющий собой эластичные полимерные конструкции, в которых заключены молекулы воды. Он идеально подходит для создания наноструктур, используемых в медицинских исследованиях.
Его получают при трехмерного нанопечати методом стереолитографии, то есть облучением жидких фоточувствительных материалов лазерами в ультрафиолетовом диапазоне. Но таким образом сложно печатать более глубокие структуры. Нанометрового разрешения печати можно достичь облучением твердых веществ потоком электронов, которые вызывают диссоциирование молекул в верхних слоях. Однако, таким образом из-за применения вакуумной камеры невозможно использовать жидкие вещества, а следовательно, и распространение для медицинских целей гидрогеля также. Но в своей новой методике ученые смогли обойти ограничения этих методов 3D-нанопечати.
Какую технологию применили ученые?
Ученые создали конструкцию из двух камер, между которыми поместили пластину из нитрида кремния, способную пропускать и электроны, и рентгеновский поток. Такой барьер позволил избежать испарения жидкости при применении электронного излучения, ведь он защитил ее от воздействия вакуума.
А также с ним рентгеновские лучи оказались безопасными для живых клеток. Авторы исследования смогли сохранить целостность клеточных мембран линии Caco-2.
Для создания гидрогелевых структур ученые использовали полиэтиленгликоль диакрилат.
Соединение молекул вещества в необходимых конфигурациях происходило благодаря изменениям параметров рентгенновского или электронного излучения и в результате образовалась нужная гидрогелевая структура. Этот метод позволил команде создать гидрогелевый образец размером всего в 100 нанометров — примерно в 1000 раз тоньше человеческого волоса!
Где ее можно использовать данную технологию?
Совершенствуя свой метод, ученые рассчитывают отобразить на гелях структуры размером до 50 нанометров. Через совместимость с живыми клетками, их можно будет использовать для производства маленьких гибких медицинских устройств, микророботов и даже электродов для мониторинга активности мозга или биосенсоров для обнаружения вирусов.
