Инженеры превратили хоботок комара в сопло для 3D-некропечати

Инженеры использовали хоботок комара как сопло для 3D-биопечати. Учёные адаптировали хоботок мёртвой самки комара для нанесения сверхтонких линий биочернилами. Этот природный инструмент для 3D-печати, по словам авторов исследования, оказался более качественным, чем искусственные аналоги, и позволил сократить расходы на производство дорогостоящих микроигл. Для высокоточной трёхмерной печати требуется оборудование, способное создавать детали меньше человеческого волоса. Такая технология необходима, например, в медицине для культивирования живых тканей из клеточного раствора и в микроэлектронике. Однако главная проблема заключается в стоимости и сложности изготовления печатающих головок. Сопла из металла или пластика с отверстием в 50 микрометров стоят дорого, а при малейшем засорении их приходится выбрасывать. Биомимикрия предлагает использовать природные решения для технических задач. В живой природе существует множество организмов с инструментами для впрыскивания или выкачивания жидкостей, такими как жала скорпионов, клыки змей и сосущие органы насекомых. Применение таких решений может снизить стоимость производства расходных материалов и решить проблему утилизации неразлагаемого мусора. Биоинженеры изучили строение различных организмов и выбрали самку комара Aedes aegypti. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances. У выращенных в лаборатории насекомых учёные аккуратно извлекли хоботок и закрепили его на стандартной пластиковой насадке шприца с помощью клея. Полученное гибридное устройство установили на специально разработанную платформу, которую назвали «некропринтером». Комариный хоботок — это прочный инструмент для перекачки жидкостей с внутренним диаметром канала всего 20 микрометров. Это почти в два раза меньше самых тонких коммерческих аналогов и вдвое тоньше человеческого волоса. При этом природная игла оказалась достаточно жёсткой, чтобы сохранять прямую форму при печати и не деформироваться при контакте с подложкой. Инженеры заполнили шприц биочернилами и запустили процесс экструзии. Сначала необходимо было определить пределы прочности биологической насадки. Выяснилось, что игла выдерживает внутреннее давление около 60 килопаскалей. Эксперименты помогли найти баланс между скоростью движения головки принтера и подачей материала, чтобы линия не прерывалась и не создавала избыточную нагрузку на стенки канала. С помощью новой системы авторы создали несколько микроскопических объектов, чтобы продемонстрировать возможности технологии. Они напечатали решётчатую структуру в форме пчелиных сот с тонкими перегородками и воспроизвели контур кленового листа с высокой детализацией. Линии на готовых изделиях имели ширину от 18 до 28 микрометров. Хоботок успешно пропускал через себя раствор с живыми раковыми клетками и эритроцитами, не повреждая их мембраны. Исследование показало, что комариный хоботок может служить эффективной и дешёвой заменой сложным инженерным деталям.