Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, lebende Zellen mit Gold zu „tätowieren“: ScienceAlert

Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, lebende Zellen mit Gold zu „tätowieren“: ScienceAlert

Es mag wie die perfekte Lösung erscheinen, aber die neue Technik, Gold auf lebendes Gewebe zu tätowieren, ist ein Schritt in Richtung Integration menschlicher Zellen in elektronische Geräte.

Mithilfe einer Herstellungstechnik namens Nanolithographie druckten die Wissenschaftler einen lebenden Mäuseembryo Fibroblasten Mit Mustern aus Goldpunkten und Nanodrähten. Sie sagen, dies sei ein wichtiger erster Schritt zum Hinzufügen komplexerer Schaltkreise.

Und das nicht nur, weil Cyborgs cool sind. Und laut den Wissenschaftlern, die sie entwickelt haben, unter der Leitung des Ingenieurs David Gracias von der Johns Hopkins University, könnte diese Technologie erstaunliche Anwendungen für die Gesundheit haben.

Maus-Fibroblasten sind mit Gold-Nanopunkten „tätowiert“. (Kwok et al., Nanolicht.2023)

„Wenn Sie sich vorstellen, wohin das alles in Zukunft führen wird, würden wir gerne Sensoren haben, um den Status einzelner Zellen und der Umgebung dieser Zellen in Echtzeit aus der Ferne zu überwachen und zu steuern.“ sagt Gracias.

„Wenn wir Techniken hätten, um die Gesundheit isolierter Zellen zu verfolgen, könnten wir Krankheiten vielleicht viel früher diagnostizieren und behandeln und müssten nicht darauf warten, dass das gesamte Organ geschädigt wird.“

Ingenieure suchen seit einiger Zeit nach einer Möglichkeit, Elektronik in die menschliche Biologie zu integrieren, doch auf dem Weg dorthin gibt es erhebliche Hindernisse. Eine der größten Hürden ist die Unverträglichkeit von lebendem Gewebe mit den Herstellungstechniken in der Elektronik.

Obwohl es Möglichkeiten gibt, Dinge klein und flexibel zu machen, werden häufig aggressive Chemikalien, hohe Temperaturen oder Staubsauger verwendet, die lebendes Gewebe oder weiche Materialien auf Wasserbasis zerstören.

Bündel von Gold-Nanodrähten, befestigt an einem Ex-vivo Rattenhirn. (Kwok et al., Nanolicht.2023)

Gracias und sein Team bauten ihre Technik weiter aus Nanolithographie Genau so klingt es: Mit einem Stempel werden nanoskalige Muster auf das Material gedruckt. Hier ist das Material Gold, aber das ist nur der erste Schritt des Prozesses. Sobald das Modell hergestellt ist, muss es übertragen und am lebenden Gewebe befestigt werden.

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Die Forscher druckten das nanoskalige Gold zunächst auf einen beschichteten Siliziumwafer Polymer. Als nächstes wurde das Polymer geschmolzen, damit das Muster auf dünne Glasfilme übertragen werden konnte, wo es mit einer biologischen Verbindung namens behandelt wurde Cystaminund hydrogelbeschichtet.

Anschließend wurde das Modell aus dem Glas genommen und bearbeitet Gelatinebevor es auf einen Fibroblasten übertragen wird. Abschließend wurde das Hydrogel aufgelöst. Cystamin und Gelatine halfen dabei, das Gold an die Zelle zu binden, wo es blieb und sich für die nächsten 16 Stunden mit der Zelle bewegte.

Mit derselben Technik befestigten sie daran Arrays aus Gold-Nanodrähten Ex-vivo Rattengehirne. Sie sagen jedoch, dass Fibroblasten die aufregendste Entdeckung darstellen.

Diagramm, das den Transportvorgang in die Zelle zeigt. (Kwok et al., Nanolicht., 2023)

„Wir haben gezeigt, dass wir komplexe Nanomuster an lebende Zellen anbringen und gleichzeitig sicherstellen können, dass die Zelle nicht stirbt.“ sagt Gracias.

„Es ist eine sehr wichtige Erkenntnis, dass Zellen mit Tätowierungen leben und sich bewegen können, da es oft eine große Inkompatibilität zwischen lebenden Zellen und den Methoden gibt, die Ingenieure zur Herstellung von Elektronik verwenden.“

Da die Nanolithographie relativ einfach und kostengünstig ist, stellt diese Arbeit einen Weg nach vorne in der Entwicklung komplexerer Elektronik wie Elektroden, Antennen und Schaltkreise dar, die nicht nur in lebendes Gewebe integriert werden können, sondern auch Hydrogele Und andere weiche Materialien, die mit rauen Herstellungsmethoden nicht kompatibel sind.

„Wir erwarten diesen Nanostrukturierungsprozess zusammen mit verschiedenen Materialklassen und Standard-Mikrofabrikationstechniken wie Fotolithographie und Elektronenstrahllithographie.“ schreiben die Forscher„Um Möglichkeiten für die Entwicklung neuartiger Zellkultursubstrate, Hybridbiomaterialien, elektronischer Geräte und Biosensoren zu eröffnen.“

Die Forschung wurde veröffentlicht in Nano-Buchstaben.

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