Forskere brugte 3D-udskrivning af bruskceller og nanomaterialer til at skabe funktionelle ører, der modtager radiosignaler. Undersøgelsen viser, at det en dag kan være muligt at skabe bioniske væv og organer.
I vævsteknik anvendes celler og andre materialer til at forbedre eller udskifte kroppens væv, såsom knogler og brusk. I øjeblikket er det imidlertid vanskeligt at skabe 3D-strukturer til brug i kroppen, især organer med komplekse geometrier, såsom ører.
For at overvinde dette problem vendte et forskergruppe ledet af Dr. Michael McAlpine ved Princeton University og Dr. David Gracias fra Johns Hopkins University til additiv fremstilling eller 3D-udskrivning. I denne proces 'udskrives et 3-D-objekt ved at lægge på hinanden følgende lag af materiale i et mønster baseret på en digital model.
Forskerne brugte en computerstøttet tegning (CAD) af et menneskeligt højre øre som en plan for udskrivningen. De brugte tre komponenter som printerens "blæk": bruskceller i en hydrogelmatrix, strukturel silikone og silikone infunderet med sølvnanopartikler. øret blev bygget lag for lag med en almindelig 3-D printer, hvor det sølv-infunderede "blæk" dannede en oprullet antenne.
Få det nyeste via e-mail
I løbet af en 10-ugers periode under kulturbetingelser blev hydrogelkomponenten i det trykte øre absorberet igen, og cellerne udviklede en ekstracellulær matrix, der gjorde øret uigennemsigtigt.
Forskerne karakteriserede ørets biokemiske, mekaniske og funktionelle egenskaber. De fandt ud af, at "cyborg-øret" kunne modtage signaler i et bredt radiofrekvensområde, hvor den induktive spole fungerede som en modtagerantenne. e signalfrekvenser varierede fra 1 MHz til 5 GHz.
For at demonstrere tilgangens alsidighed vendte forskerne CAD-designet og skabte et komplementært venstre øre. De udsatte ørerne for antennesignaler fra venstre og højre stereofonisk lyd, samlede de signaler, som ørerne modtog, førte dem ind i et digitalt oscilloskop og spillede de resulterende lydsignaler gennem højttalere. Systemet producerede lyd i høj kvalitet, som det fremgår af en gengivelse af Beethovens Für Elise.
Generelt er der mekaniske og termiske udfordringer ved grænsefladen mellem elektroniske materialer og biologiske materialer, "siger McAlpine. Vores arbejde antyder en ny tilgang - at opbygge og udvide biologien med elektronikken synergistisk og i et 3D-vævet format.
Denne proof-of-princip-undersøgelse viser, at væv og elektronik kan kombineres til dannelse af hybrid, bioniske organer. Holdet planlægger nu at inkorporere andre materialer, så øret kan registrere akustiske lyde. 3D-udskrivning kan udvide mulighederne for at skabe en ny generation af implantater og proteser for at gendanne - eller endda forbedre - menneskelige kapaciteter.
