Американские инженеры изобрели инновационный способ нанесения наносхем на живую клетку. Новый биосовместимый метод основан на наноструктурах золота размером менее 300 нм, не искажающих сигнал в электронной цепи. Технология позволит отслеживать состояние отдельной живой клетки в режиме реального времени, а также создавать биосенсоры и биогибридные интерфейсы. Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.
Одна из основных проблем, с которой сталкиваются биоинженеры, — несовместимость электронных устройств и живой клетки. Даже микроскопические материалы оказываются для них непосильной ношей. Ученые десятилетиями уменьшали устройства, адаптировали их к мягким, трехмерным и подвижным поверхностям. Однако раньше не удавалось полноценно совместить части электронной наносхемы с живой клеткой. С появлением 3D-печати стала возможна разработка материалов, имеющих изогнутую форму. Однако устройства на гибкой подложке часто сильно нагревались и содержали агрессивные химикаты, которые несовместимы с исследованием живых клеток. Альтернативные подходы, такие как осаждение наночастиц на клетку или 3D-печать составных частей, были биосовместимы, но имели ограниченную производительность и разрешение. Новая технология позволит разместить оптические элементы или электронику на живых клетках, подобно татуировкам, которые прилипают к клеткам, изгибаясь и приспосабливаясь к влажной внешней структуре.
Ученые из Университета Джонса Хопкинса сконструировали наносхемы-татуировки из золотых сверхтонких проволок и точек, соединенных в двухмерный плоский массив, который можно назвать матрицей. Исследователи использовали золото из-за его способности предотвращать потерю или искажение сигнала в электронной цепи. Они прикрепили наносхему к клеткам соединительной ткани, так называемым фибробластам. Затем исследователи обрабатывали матрицу молекулярными клеями и переносили ее на клетки с помощью пленки альгинатного гидрогеля, который может растворяться после прилипания золотой матрицы к клетке. Молекулярный клей на наносхеме связывается с пленкой, объединяющей одиночные клетки в ткань, так называемым внеклеточным матриксом.
Испытания показали, что наноструктуры держались на клетках в течение 16 часов, даже когда клетки двигались. Ученые намерены дальше увеличивать период взаимодействия наносхемы с клеткой. Матрицы-татуировки устраняют разрыв между живыми клетками или тканями и электронными устройствами, позволяя в реальном времени получать данные об электрических токах внутри клетки.
«Если представить, к чему все это приведет в будущем, мы хотели бы разработать датчики для удаленного мониторинга и контроля состояния отдельных клеток и среды, окружающей эти клетки, в режиме реального времени. Если бы у нас были технологии для отслеживания состояния изолированных клеток, мы могли бы диагностировать и лечить болезни гораздо раньше, а не ждать, пока будет поврежден весь орган», — рассказал руководитель исследования Дэвид Грасиас из Университета Джонса Хопкинса.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
