Cercetătorii au folosit tipărirea 3D a celulelor cartilajului și a nanomaterialelor pentru a crea urechi funcționale care primesc semnale radio. Studiul demonstrează că într-o zi ar putea fi posibil să se creeze țesuturi și organe bionice.
În ingineria țesuturilor, celulele și alte materiale sunt utilizate pentru a îmbunătăți sau înlocui țesuturile corpului, cum ar fi osul și cartilajul. În prezent, însă, este dificil să creezi structuri 3D pentru a fi utilizate în corp, în special organe cu geometrii complexe, cum ar fi urechile.
Pentru a depăși această problemă, o echipă de cercetători condusă de Dr. Michael McAlpine de la Universitatea Princeton și Dr. David Gracias de la Universitatea Johns Hopkins s-a orientat spre fabricația aditivă sau imprimarea 3D. În acest proces, un obiect 3D este „tipărit” prin stabilirea straturilor succesive de material într-un model bazat pe un model digital.
Cercetătorii au folosit o schiță de proiectare asistată de computer (CAD) a urechii drepte umane ca plan pentru tipărire. Au folosit 3 componente ca „cerneluri” pentru imprimantă: celule de cartilaj într-o matrice de hidrogel, silicon structural și silicon infuzat cu nanoparticule de argint. Urechea a fost construită strat cu strat cu o imprimantă 3-D obișnuită, „cerneala” infuzată cu argint formând o antenă înfășurată.
Pe o perioadă de 10 săptămâni în condiții de cultură, componenta hidrogel a urechii imprimate a fost reabsorbită, iar celulele au dezvoltat o matrice extracelulară, transformând urechea opacă.
Cercetătorii au caracterizat proprietățile biochimice, mecanice și funcționale ale urechii. Ei au descoperit că „urechea cyborg” ar putea primi semnale într-o gamă largă de frecvențe radio, bobina inductivă acționând ca o antenă de recepție. Frecvențele semnalului variază de la 1 MHz la 5 GHz.
Pentru a demonstra versatilitatea abordării, cercetătorii au răsturnat designul CAD și au creat o ureche stângă complementară. Ei au expus urechile la semnalele antenei audio stereofonice stânga și dreapta, au colectat semnalele primite de urechi, le-au alimentat într-un osciloscop digital și au redat semnalele audio rezultate prin difuzoare puternice. Sistemul a produs sunet de înaltă calitate, după cum a demonstrat o interpretare a lui Für Elise de Beethoven.
În general, există provocări mecanice și termice prin interfațarea materialelor electronice cu materialele biologice ", spune McAlpine. Munca noastră sugerează o nouă abordare - de a construi și dezvolta biologia cu electronica sinergic și într-un format 3-D întrețesut.
Acest studiu de dovadă a principiului arată că țesuturile și electronica pot fi combinate pentru a forma organe hibrid, bionice. Echipa intenționează acum să încorporeze alte materiale pentru a permite urechii să înregistreze sunete acustice. Imprimarea 3D ar putea extinde oportunitățile pentru crearea unei noi generații de implanturi și proteze pentru a restabili - sau chiar a spori - capacitățile umane.
