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

В таком простом процессе, как смешивание яиц и муки с блинами, исследователи из Университета Орегона смешали флуоресцентные молекулы кольцевой формы с помощью нового процесса 3D-печати. Результат: сложные легкие конструкции, которые способствуют разработке новых типов 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 представляет собой клетки или ткани.

Открытие является результатом сотрудничества инженерной лаборатории Пола Далтона Фила и Пенни Найт на территории кампуса по ускорению научного воздействия и химической лаборатории Рамеша Джасти в Колледже искусств и наук Университетского университета. Исследователи описывают свои выводы в статье опубликовано этим летом в газете Маленький.

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

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

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

Такие имплантаты могут использоваться для самых разных целей, например, для новых технологий заживления ран, создания искусственных кровеносных сосудов или структур, способствующих регенерации нервов. В недавнем проекте лаборатория сотрудничала с косметической компанией L'Oréal, используя строительные леса 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 подстраиваются под точный размер и структуру кольцеобразных обручей. Нанокольца интенсивно флуоресцируют под воздействием ультрафиолетового света, излучая разные цвета в зависимости от их размера и структуры.

Две лаборатории, возможно, жили бы по-своему, не разговаривая случайно, когда Далтон был новым профессором в Университете и жаждал наладить связи и встретиться с другими преподавателями. Он и Джасти выдвинули идею включения нанообручей в 3D-каркасы, над которыми Далтон уже работал. Это заставит структуры светиться — полезная функция, которая облегчит отслеживание их судьбы в теле и позволит отличать структуры от их окружения.

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

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

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

По словам исследователей, небольшое количество флуоресцентных нанообручей, смешанных с материалами для 3D-печати, создает долговечные светящиеся структуры. Поскольку флуоресценция активируется УФ-светом, каркасы по-прежнему кажутся прозрачными в нормальных условиях.

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

Например, Холл и Далтон провели ряд тестов, чтобы подтвердить, что добавление нанообручей не влияет на прочность и стабильность 3D-печатного материала. Они также подтвердили, что добавление флуоресцентных молекул не сделало полученный материал токсичным для клеток, что важно для биомедицинских применений и является ключевым условием, которое необходимо соблюдать, прежде чем он сможет приблизиться к использованию на людях.

Команда предполагает ряд возможных применений созданных ими светящихся материалов. Далтон особенно заинтересован в биомедицинском потенциале, но настраиваемый материал, светящийся под ультрафиолетовым светом, также может быть использован в целях обеспечения безопасности, сказал Джасти.

Они подали заявку на патент на это изобретение и надеются в конечном итоге коммерциализировать его. И Джасти, и Далтон благодарны за шанс, который свел их вместе.

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