Биоинженеры и химики разрабатывают флуоресцентные 3D-печатные структуры с потенциальным медицинским применением.

С помощью такого простого процесса, как смешивание яиц и муки с блинами, исследователи из Университета Орегона смешали флуоресцентные молекулы в форме колец в новом процессе 3D-печати. Результат: сложные светящиеся структуры, которые способствуют разработке новых видов биомедицинских имплантатов.

Это достижение решает давнюю проблему проектирования, упрощая отслеживание и мониторинг структур внутри тела, позволяя исследователям легко различать, что является частью имплантата, а что — клетками или тканью.

Открытие стало результатом сотрудничества инженерной лаборатории Пола Далтона в Кампусе Фила и Пенни Найт по ускорению научного воздействия и химической лаборатории Рамеша Джасти в Колледже искусств и наук UO. Исследователи описывают свои выводы в статье опубликовано этим летом в журнале Маленький.

«Я думаю, это был один из тех странных моментов, когда мы сказали: «Давайте попробуем», и это почти сразу сработало», — сказал Далтон.

Но за этой простой историей происхождения стоят годы специализированных исследований и опыта в двух совершенно разных областях, прежде чем они наконец объединились.

Лаборатория Далтона специализируется на сложных, новых формах 3D-печати. Отличительной разработкой его команды является метод электрописи расплавом, который позволяет печатать на 3D-принтере относительно большие объекты с очень высоким разрешением. Используя эту технику, команда напечатала сетчатые каркасы, которые можно использовать для различных видов биомедицинских имплантатов.

Такие имплантаты могут использоваться для самых разных целей, например, в новых технологиях заживления ран, искусственных кровеносных сосудах или структурах, способствующих регенерации нервов. В недавнем проекте лаборатория сотрудничала с косметической компанией L'Oreal, используя каркасы для создания реалистичная многослойная искусственная кожа.

Между тем лаборатория Джасти известна своей работой над нанообручами. кольцевые молекулы на основе углерода которые обладают множеством интересных свойств и регулируются в зависимости от точного размера и структуры кольцеобразных обручей. Нанокольца ярко флуоресцируют под воздействием ультрафиолета, излучая разные цвета в зависимости от их размера и структуры.

Обе лаборатории могли бы остаться на своем, если бы не случайный разговор, когда Далтон был новым профессором в UO и жаждал наладить связи и встретиться с другими преподавателями. Он и Джасти обдумывали идею включения нанообручей в 3D-каркасы, над которыми уже работал Далтон. Это заставит структуры светиться — полезная функция, которая облегчит отслеживание их судьбы в организме и позволит отличать структуры от окружающей их среды.

«Мы думали, что это, вероятно, не сработает», — сказал Джасти. Но это произошло, причем довольно быстро.

По словам Далтона, в прошлом люди пытались заставить леса светиться, но без особого успеха. Большинство флуоресцентных молекул разрушаются под длительным воздействием тепла, необходимого для его техники 3D-печати. Нанообручи лаборатории Джасти гораздо более стабильны при высоких температурах.

Хотя обе группы могут представить свое ремесло простым, «изготовление нанообручей действительно сложно, а электропись расплавлением действительно трудна, поэтому тот факт, что мы смогли объединить эти две действительно сложные и разные области в нечто действительно простое, невероятен. «, — сказал Харрисон Рид, аспирант лаборатории Джасти.

Исследователи обнаружили, что всего лишь небольшое количество флуоресцентных нанообручей, смешанных со смесью материалов для 3D-печати, дает долговечные светящиеся структуры. Поскольку флуоресценция активируется УФ-светом, каркасы по-прежнему выглядят прозрачными в нормальных условиях.

Хотя первоначальная концепция сработала очень быстро, потребовалось несколько лет дальнейших испытаний, чтобы полностью изучить материал и оценить его потенциал, говорит Патрик Холл, аспирант лаборатории Далтона.

Например, Холл и Далтон провели серию тестов, чтобы подтвердить, что добавление нанообручей не влияет на прочность и стабильность материала, напечатанного на 3D-принтере. Они также подтвердили, что добавление флуоресцентных молекул не сделало полученный материал токсичным для клеток, что важно для биомедицинских применений и является ключевым базовым уровнем, который необходимо выполнить, прежде чем он сможет приблизиться к применению на людях.

Команда предполагает ряд возможных применений созданных ими светящихся материалов. Далтон особенно заинтересован в биомедицинском потенциале, но настраиваемый материал, который светится в ультрафиолетовом свете, может также найти применение в приложениях безопасности, сказал Джасти.

Они подали патентную заявку на изобретение и в конечном итоге надеются коммерциализировать его. И Джасти, и Далтон благодарны за счастливую случайность, которая свела их вместе.

«Мы получаем новые интересные направления, собирая вместе людей, которые обычно не обсуждают свою науку», — сказал Далтон.