Tutkijat "tatuoivat" kullan nanokuvioita eläviin soluihin – Physics World

Kyky yhdistää elektroniikkaa ja optisia antureita ihmiskehoon yksisolutasolla voisi jonain päivänä mahdollistaa yksittäisten solujen etävalvonnan ja ohjauksen reaaliajassa. Elektroniikan valmistuksen edistyminen on mahdollistanut nanomittakaavan resoluution transistoreiden ja antureiden luomisen, kun taas innovatiiviset nanokuviointitekniikat mahdollistavat näiden laitteiden kokoamisen joustaville alustoille. Tällaiset prosessit vaativat kuitenkin yleensä kovia kemikaaleja, korkeita lämpötiloja tai tyhjiötekniikoita, jotka eivät sovellu eläville soluille ja kudoksille.

Näiden esteiden voittamiseksi Johns Hopkinsin yliopiston tutkimusryhmä on kehittänyt myrkyttömän, korkearesoluutioisen ja kustannustehokkaan prosessin kullan nanokuvioiden tulostamiseksi elävään kudokseen ja soluihin. Raportoivat havainnoistaan nano Letters, he osoittavat, että uusi tekniikka voi "tatuoida" eläviä soluja ja kudoksia joustavilla kultaisten nanopisteiden ja nanolankojen ryhmillä. Viime kädessä menetelmää voitaisiin käyttää älylaitteiden integroimiseen elävään kudokseen esimerkiksi bioniikassa ja biosensuksessa.

"Jos meillä olisi tekniikoita eristettyjen solujen terveyden seurantaan, voisimme ehkä diagnosoida ja hoitaa sairaudet paljon aikaisemmin eikä odottaa, kunnes koko elin vaurioituu", tiiminvetäjä selittää. David Gracias lehdistötiedotteessa. ”Puhumme sähköisen tatuoinnin laittamisesta elävään esineeseen, joka on kymmeniä kertoja neulan päätä pienemmäksi. Se on ensimmäinen askel kohti antureiden ja elektroniikan kiinnittämistä eläviin kennoihin."

Kiitos Luo Gu ja kollegat ovat suunnitelleet kolmivaiheisen nanosiirtotulostusprosessin kullan nanokuvioiden liittämiseksi eläviin soluihin. Ensimmäisessä vaiheessa he käyttivät tavanomaista nanoimprint litografiaa (NIL) kultaisten nanopisteiden tai nanolankojen ryhmien tulostamiseen polymeeripinnoitetuille piikiekkoille. Sitten he liuottivat polymeerin vapauttaen nanosirut siirrettäväksi lasin peitelasiin.

Seuraavaksi tutkijat funktionalisoivat kullan pinnan kysteamiinilla ja pinnoittivat kultaiset NIL-ryhmät alginaattihydrogeelisiirtokerroksella. He osoittivat, että tämä lähestymistapa voisi luotettavasti siirtää 8 × 8 mm:n nanopisteiden ja nanolankojen ryhmät lasista pehmeille ja joustaville hydrogeeleille. Viimeisessä vaiheessa kultaiset NIL-ryhmät konjugoidaan gelatiinin kanssa, jotta ne voidaan siirtää eläviin soluihin tai kudokseen. Hydrogeelin siirtokerroksen hajottaminen paljastaa sitten kultakuvion.

Tutkijat tutkivat elävien fibroblastisolujen käyttäytymistä, jotka oli kylvetty halkaisijaltaan 250 nm:n kultapisteisiin (550 nm:n keskipisteväli) tai 300 nm:n leveisiin kultalankoihin (väli 450 nm) alginaattihydrogeeleissä. Noin 24 tuntia siirrostuksen jälkeen nanolangalla painetun hydrogeelin solut siirtyivät mieluiten rinnakkain nanolankojen kanssa, kun taas nanopisteissä olevat solut vaelsivat satunnaisesti, mutta hieman nopeammin. Nanolankojen soluissa oli myös suunnilleen kaksinkertainen venymä nanopisteiden soluihin verrattuna. Nämä havainnot osoittavat kultaisten NIL-ryhmien kyvyn ohjata solujen suuntausta ja migraatiota.

Sen lisäksi, että alginaattihydrogeeli on biologisesti yhteensopiva solujen ja kudosten kanssa, se voi myös siirtää kultaisia ​​NIL-ryhmiä eläviin elimiin ja soluihin. Tämän osoittamiseksi tutkijat sijoittivat nanolangalla painettuja hydrogeelejä koko aivojen aivokuoreen ja koronaaliseen aivoviipaleeseen.

Kahden tunnin elatusaineessa ja hydrogeelin dissosioitumisen jälkeen nanolangat pysyivät sitoutuneina koko aivojen pintaan. Sitä vastoin aivoviipaleella olevat nanolangat eivät tarttuneet kiinni, mikä viittaa siihen, että adheesion voimakkuus vaihtelee eri solutyypeissä ja viljelymenetelmissä. Tutkijat huomauttavat, että lisätutkimuksia tarvitaan adheesiomekanismien karakterisoimiseksi ja optimoimiseksi kestävää pitkäaikaista sidosta varten.

Lopuksi, arvioidakseen biosiirtotulostusta yksisolutasolla, tutkijat viljelivät yksikerroksisia soluarkkeja kultaisilla NIL-array-painetuilla alginaattihydrogeeleillä. 24 tunnin kuluttua ne käänsivät fibroblastilla ympätyt hydrogeelit gelatiinilla päällystetyille peitelaseille ja antoivat solujen kiinnittyä peittolasiin yön yli.

Alginaattihydrogeelin dissosioinnin jälkeen fluoresenssimikroskopia paljasti, että kullan nanopisteillä kuvioitujen fibroblastien elinkelpoisuus oli noin 97 %, kun taas nanolangoilla kuvioitujen fibroblastien elinkelpoisuus oli noin 98 %, mikä osoittaa, että tulostusprosessi on biologisesti yhteensopiva elävien solujen kanssa. Kuvioidussa fibroblastisolulevyssä näkyvät heijastavat värit viittaavat siihen, että kultaisen NIL-ryhmän muoto säilyi.

Valmistusprosessi on yhteensopiva myös mikromittakaavaisen fotolitografian kanssa, jonka ansiosta tutkijat pystyivät luomaan 200 µm leveitä kuusikulmaisia ​​ja kolmionmuotoisia kultaisia ​​NIL-ryhmiä. Sitten biotransfer tulosti nämä solulevyille, mikä johti fibroblastisolujen selektiiviseen kasvuun mikrolaastareilla. Yli 16 tuntia nauhoitetut elokuvat osoittivat, että solut, joiden päälle oli painettu nanolankoja, näyttivät terveiltä ja pystyviltä liikkumaan, ja ryhmät pysyivät pehmeissä soluissa, vaikka ne liikkuivat.

Pieni anturi mittaa samanaikaisesti sähköistä ja mekaanista aktiivisuutta sydänsoluissa

"Olemme osoittaneet, että voimme kiinnittää monimutkaisia ​​nanokuvioita eläviin soluihin varmistaen samalla, että solu ei kuole", Gracias sanoo. "On erittäin tärkeä tulos, että solut voivat elää ja liikkua tatuointien kanssa, koska elävien solujen ja insinöörien elektroniikan valmistusmenetelmien välillä on usein merkittävä yhteensopimattomuus."

Gracias ja kollegat päättelevät, että heidän nanokuviointiprosessinsa yhdistettynä tavanomaisiin mikrovalmistustekniikoihin "avaa mahdollisuuksia uusien soluviljelysubstraattien, biohybridimateriaalien, bionisten laitteiden ja biosensorien kehittämiseen". Seuraavaksi he aikovat yrittää kiinnittää monimutkaisempia nanopiirejä, jotka voivat pysyä paikallaan pidempään, sekä kokeilla erilaisia ​​soluja.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• ChartPrime. Nosta kaupankäyntipeliäsi ChartPrimen avulla. Pääsy tästä.
• BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/researchers-tattoo-gold-nanopatterns-onto-live-cells/