Naučnici iz laboratorije za mikro, nano i molekularne sisteme na Institutu Maks Plank za medicinska istraživanja i Instituta za inženjerstvo molekularnih sistema i napredne materijale Univerziteta Hajdelberg kreirali su novu tehnologiju za sklapanje materije u 3D. Njihov koncept koristi višestruke akustične holograme za generisanje polja pritiska pomoću kojih se mogu štampati čvrste čestice, gel perle, pa čak i biološke ćelije.
Ovi rezultati otvaraju put novim tehnikama 3D kulture ćelija sa primenama u biomedicinskom inženjerstvu. Rezultati studije objavljeni su u časopisu Science Advances.
Aditivna proizvodnja ili 3D štampa omogućava izradu složenih delova od funkcionalnih ili bioloških materijala. Konvencionalno 3D štampanje može biti spor proces, gde se objekti konstruišu jedan po jedan red ili sloj. Istraživači u Hajdelbergu i Tibingenu sada pokazuju kako da formiraju 3D objekat od manjih građevinskih blokova u samo jednom koraku.
„Uspeli smo da sastavimo mikročestice u trodimenzionalni objekat u okviru jednog snimka koristeći oblikovani ultrazvuk“, kaže Kai Melde, postdok u grupi i prvi autor studije. „Ovo može biti veoma korisno za bioštampanje. Ćelije koje se tamo koriste su posebno osetljive na okolinu tokom procesa“, dodaje Peer Fišer, profesor na Univerzitetu Hajdelberg.
Zvučni talasi vrše silu na materiju — činjenica je poznata svakom posetiocu koncerta koji iskusi talase pritiska iz zvučnika. Koristeći ultrazvuk visoke frekvencije, koji je nečujan ljudskom uhu, talasne dužine se mogu gurnuti ispod milimetra u mikroskopsko područje, koje istraživač koristi za manipulaciju vrlo malim građevinskim blokovima, poput bioloških ćelija.
U svojim prethodnim studijama Peer Fischer i kolege su pokazali kako se formira ultrazvuk koristeći akustične holograme — 3D štampane ploče, koje su napravljene da kodiraju specifično zvučno polje. Ta zvučna polja, pokazali su, mogu se koristiti za sklapanje materijala u dvodimenzionalne obrasce. Na osnovu toga, naučnici su osmislili koncept proizvodnje.
Sa njihovom novom studijom tim je bio u mogućnosti da svoj koncept odvede korak dalje. Oni hvataju čestice i ćelije koje slobodno lebde u vodi i sklapaju ih u trodimenzionalne oblike. Povrh toga, nova metoda radi sa različitim materijalima, uključujući staklene ili hidrogelne perle i biološke ćelije.
Prvi autor Kai Melde kaže da je „ključna ideja bila da se zajedno koriste više akustičnih holograma i formira kombinovano polje koje može uhvatiti čestice.“ Hajner Kremer, koji je napisao algoritam za optimizaciju polja holograma, dodaje: „Digitalizacija celog 3D objekta u polja ultrazvučnog holograma je računski veoma zahtevna i zahtevala je od nas da smislimo novu rutinu računanja.
Naučnici veruju da je njihova tehnologija obećavajuća platforma za formiranje ćelijskih kultura i tkiva u 3D. Prednost ultrazvuka je što je dovoljno nežan za korišćenje bioloških ćelija i što može da putuje duboko u tkivo. Na ovaj način se može koristiti za daljinsku manipulaciju i guranje ćelija bez štete.
