Дослідники з Техаського університету в Остіні розробили матеріал, придатний для 3D-друку, який імітує здатність людських тканин сортувати та фільтрувати молекули.

Технологія може знайти застосування в медицині, м'якій робототехніці та видобуванні критично важливих мінералів. Результати дослідження опубліковано в науковому журналі Nature Materials.

Мільярди крапель, об'єднаних у структуру, схожу на тканину

Матеріал створюють шляхом ущільнення мільярдів крихітних крапель води за допомогою простого змішування та центрифугування. У результаті за лічені хвилини формується велика структура, схожа на живу тканину.

Кожна крапля відокремлена тонкою мембраною, а ці мембрани з'єднуються між собою за принципом, подібним до організації клітин у тканинах людського організму.

Завдяки такій структурі дослідники можуть адаптувати властивості матеріалу для виконання різних функцій, замінюючи одні білки іншими.

«Тканини можуть розділяти та транспортувати іони й молекули. Саме так працюють, наприклад, нирки або кишечник: вони забирають лише те, що потрібно організму, залишаючи решту», — пояснив Маніш Кумар, професор Інженерної школи Кокрелла Техаського університету.

Від повільної нестабільної технології до простого виробничого процесу

Прорив став можливим завдяки аспірантці Айді Фіці.

Після кількох років роботи, протягом яких дослідники постійно стикалися з проблемами повільного формування матеріалу та його нестабільності, Фіца почула на конференції ідею, яка допомогла команді змінити підхід.

Дослідники звернулися до емульгування. Вони поєднали дві оливи з різною розчинністю, щоб сформувати краплі, а потім ущільнили їх за допомогою центрифуги.

У результаті було отримано матеріал, який:

• є біосумісним;
• може бути надрукований на 3D-принтері;
• має гнучку структуру;
• може адаптуватися для виконання різних функцій.

Завдяки цим властивостям матеріал може використовуватися як каркас для вирощування нових тканин або органів.

Гнучкість також робить його перспективним для створення м'яких роботів, які можуть застосовуватися в хірургії, пошуково-рятувальних операціях або роботах у небезпечних середовищах.

На обладнання для боротьби з ворожими БпЛА

Від нервових тканин до «розумної» фільтрації

Додавання певних білків дозволило матеріалу проводити іонні струми, подібні до тих, що виникають у нервовій тканині.

Це відкриває перспективи для створення систем, які можуть використовуватися у обчисленнях, змодельованих за принципами роботи мозку.

В іншій версії матеріалу дослідники використали інший білок. Він дозволив матеріалу розрізняти іони амонію серед інших іонів у стічних водах нафтової та газової промисловості, а також у муніципальних стоках.

Це може відкрити можливості для:

• фільтрації забрудненої води;
• повторного використання цінних речовин;
• вилучення критично важливих мінералів;
• відновлення поживних речовин.

3D-друковані тканини та майбутнє видобування літію

За словами Айди Фіци, нова технологія пропонує простий і масштабований процес із величезною кількістю потенційних застосувань.

Важливо, що для її реалізації не потрібне складне спеціалізоване обладнання — достатньо базових лабораторних інструментів.

«Цю технологію можна впровадити практично в будь-якій лабораторії, оскільки вона потребує лише базового обладнання», — зазначила Фіца.

Маніш Кумар закликав інших дослідників експериментувати з технологією та розвивати цей напрям.

Наразі команда працює спільно з Агентством передових дослідницьких проєктів у сфері енергетики Міністерства енергетики США (ARPA-E) над адаптацією технології для видобування літію та рідкісноземельних елементів.

Айда Фіца та Маніш Кумар уже запатентували базову технологію, а також кілька напрямів її подальшого застосування через офіс Discovery to Impact Техаського університету.

Дослідження фінансували WoodNext Foundation, Національний науковий фонд США, Національне агентство досліджень і розвитку Чилі та Центр динаміки й контролю матеріалів Техаського університету.

Відтворення принципів живої тканини за допомогою 3D-друку

Ця розробка демонструє, як поєднання біоміметики, матеріалознавства та адитивного виробництва може створювати матеріали, здатні виконувати функції, які раніше були властиві лише живим організмам.

У перспективі подібні технології можуть стати основою для штучних тканин, біосумісних роботів, інтелектуальних фільтрів і нових методів вилучення цінних ресурсів із промислових відходів.

#3Dдрук #Біоміметика #Біоматеріали #3DдрукВМедицині #РегенеративнаМедицина #МякаРобототехніка #Матеріалознавство #АдитивнеВиробництво #ШтучніТканини #Літій #РідкісноземельніЕлементи #3DPrinting #Biomaterials #BioinspiredMaterials #SoftRobotics #AdditiveManufacturing #RegenerativeMedicine #AdvancedMaterials

ДЖЕРЕЛО