研究者らは生きた細胞に金のナノパターンを「タトゥー」 – Physics World

電子センサーと光学センサーを単一細胞レベルで人体と融合する機能により、いつか個々の細胞をリアルタイムで遠隔監視および制御できるようになる可能性があります。 エレクトロニクス製造の進歩により、ナノスケールの解像度でトランジスタやセンサーを作成できるようになり、革新的なナノパターニング技術により、これらのデバイスをフレキシブル基板上に組み立てることが可能になりました。 しかし、そのようなプロセスは一般に、生きた細胞や組織には適さない強力な化学薬品、高温、または真空技術を必要とします。

これらの障害を克服するために、ジョンズ・ホプキンス大学の研究チームは、生きた組織や細胞上に金ナノパターンを印刷するための、無毒で高解像度かつコスト効率の高いプロセスを開発しました。 調査結果を報告する ナノの手紙、彼らは、新しい技術が金のナノドットとナノワイヤの柔軟な配列で生きた細胞と組織を「入れ墨」できることを実証しました。 最終的には、この方法は、バイオニクスやバイオセンシングなどの用途のために、スマート デバイスを生体組織と統合するために使用できる可能性があります。

「分離された細胞の健康状態を追跡する技術があれば、臓器全体が損傷するまで待たずに、病気をもっと早期に診断して治療できるかもしれません」とチームリーダーは説明します。 デビッド・グラシアス 報道陣の声明で。 「私たちは、ピンの頭より数十倍も小さい生き物に電子タトゥーのようなものを入れることについて話しています。 これは、生きた細胞にセンサーや電子機器を取り付けるための第一歩です。」

ありがとう、 羅谷 博士らは、金ナノパターンを生細胞に結合させるための XNUMX 段階のナノ転写印刷プロセスを設計しました。 最初のステップでは、従来のナノインプリント リソグラフィー (NIL) を使用して、ポリマーでコーティングされたシリコン ウェーハ上に金ナノドットまたはナノワイヤのアレイを印刷しました。 次にポリマーを溶解し、カバーガラス上に転写できるようにナノアレイを解放しました。

次に、研究者らは金の表面をシステアミンで官能化し、金の NIL アレイをアルギン酸ヒドロゲル転写層でコーティングしました。 彼らは、このアプローチにより、8 × 8 mm のナノドットとナノワイヤーのアレイをガラスから柔らかく柔軟なヒドロゲル上に確実に転写できることを示しました。 最終ステップでは、金 NIL アレイをゼラチンと結合させて、生きた細胞または組織への転写を可能にします。 ヒドロゲル転写層を解離させると、金のパターンが露出します。

研究者らは、アルギネートヒドロゲル上の直径250nmの金ドット（中心間の間隔550nm）または幅300nmの金ワイヤー（間隔450nm）のアレイ上に播種された生きた線維芽細胞の挙動を調査した。 播種後約 24 時間後、ナノワイヤプリントされたヒドロゲル上の細胞はナノワイヤと平行に移動することが好ましいが、ナノドット上の細胞はランダムではあるがわずかに速い移動を示した。 ナノワイヤ上の細胞も、ナノドット上の細胞のおよそ XNUMX 倍の伸びを示しました。 これらの発見は、金 NIL アレイが細胞の配向と移動をガイドする能力を示しています。

アルギン酸ヒドロゲルは、細胞や組織と生体適合性があるだけでなく、金NILアレイを生きた器官や細胞に転写することもできます。 これを実証するために、研究者らはナノワイヤーで印刷されたヒドロゲルを脳全体と冠状脳スライスの大脳皮質上に配置した。

培地中で 2 時間放置し、ヒドロゲルを解離させた後、ナノワイヤは脳全体の表面に結合したままでした。 対照的に、脳スライス上のナノワイヤは接着しなかった。これは、接着強度が細胞の種類や培養方法によって異なることを示唆している。 研究者らは、堅牢な長期接着のための接着メカニズムを特徴付け、最適化するにはさらなる研究が必要であると指摘しています。

最後に、単一細胞レベルでのバイオトランスファープリンティングを評価するために、研究者らは、金NILアレイでプリンティングされたアルギン酸ヒドロゲル上で単層細胞シートを培養した。 24時間後、線維芽細胞を播種したヒドロゲルをゼラチンでコーティングしたカバースリップ上に裏返し、細胞をカバースリップに一晩付着させました。

アルギネートヒドロゲルを解離した後、蛍光顕微鏡検査により、金ナノドットでパターン化された線維芽細胞の生存率が約97%であるのに対し、ナノワイヤでパターン化された線維芽細胞の生存率は約98%であることが明らかになりました。これは、印刷プロセスが生細胞と生体適合性であることを示しています。 パターン化された線維芽細胞シートに見られる反射色は、金NILアレイの形状が保持されていることを示唆しています。

この製造プロセスはマイクロスケールのフォトリソグラフィーにも対応しており、これにより研究者らは幅 200 μm の金 NIL アレイの六角形および三角形のパッチを作成することができました。 次に、これらを細胞シート上にバイオトランスファー印刷し、マイクロパッチ上で線維芽細胞を選択的に増殖させました。 16時間にわたって記録された動画では、上部にナノワイヤのパッチがプリントされた細胞は健康で移動可能であるように見え、移動中もアレイが柔らかい細胞上に残っていることが示された。

心臓細胞の電気的および機械的活動を同時に測定する小型センサー

「私たちは、細胞が死滅しないようにしながら、複雑なナノパターンを生きた細胞に付着させることができることを示しました」とグラシアス氏は言う。 「生きた細胞と技術者が電子機器を製造する方法との間には重大な不適合性が存在することが多いため、細胞がタトゥーとともに生きて動くことができるということは非常に重要な結果です。」

Graciasらは、彼らのナノパターニングプロセスと標準的な微細加工技術を組み合わせることで、「新しい細胞培養基質、バイオハイブリッド材料、バイオニックデバイス、バイオセンサーの開発の機会が開かれる」と結論づけている。 次に、彼らは、より長期間所定の位置に留まることができるより複雑なナノ回路を取り付けたり、さまざまな種類の細胞を実験したりすることを計画している。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/researchers-tattoo-gold-nanopatterns-onto-live-cells/