Учёные использовали биологические чернила, содержащие генно-модифицированные бактерии, для создания временной татуировки, которая начинает светиться в присутствии определённых химических веществ. В будущем эта технология позволит не только следить за здоровьем, но и создавать "живые компьютеры".
Идея использовать электронные татуировки для наблюдения за здоровьем появилась достаточно давно. Подобные устройства уже могут контролировать, например, активность мозга или уровень глюкозы в крови. Теперь команда из Массачусетского технологического института (MIT) решила проверить, можно ли использовать для этого вида носимых устройств живые клетки.
Предыдущие исследования показали, что клетки млекопитающих плохо подходят для изготовления биологических "чернил", так как их слабые мембраны не выдерживают давления в форсунках принтера. Поэтому команда под руководством Сюаньхэ Чжао (Xuanhe Zhao) и Тимоти Лу (Timothy Lu) экспериментировала с различными живыми объектами и пришла к выводу, что лучше всего для печати на человеческой коже подходят бактерии. Их прочная клеточная стенка не разрушается при прохождении через сопло форсунки. Кроме того, бактерии оказались полностью совместимы с гидрогелем, необходимым для нанесения рисунка.
С помощью методов генной инженерии учёные создали бактерии, которые начинали светиться при контакте с различными химическими веществами. Затем они изготовили смесь из клеток, вязкого гидрогеля и питательных веществ, которые помогали микроорганизмам оставаться в активном состоянии.
"Мы обнаружили, что эта новая формула чернил работает очень хорошо и с её помощью можно печатать с высоким разрешением около 30 микрометров, – говорит Чжао. – Это означает, что каждая напечатанная строка содержит только несколько бактериальных клеток. Мы также можем печатать относительно крупные структуры, размером в несколько сантиметров".
В качестве демонстрации своей технологии исследователи напечатали на эластичной подложке "живую татуировку": прозрачный рисунок в форме дерева, каждая ветвь которого оказалась чувствительна к отдельному химическому соединению. Потом краску подвергли воздействию инфракрасного излучения, чтобы затвердела полимерная основа гидрогеля.
В качестве испытания учёные нанесли на кисть добровольца несколько химических веществ, на которые были настроены бактериальные клетки, и наклеили рисунок на обработанный участок кожи. В течение нескольких часов ветви дерева светились разными цветами, сигнализируя о присутствии целевых соединений.
Кроме того, команда настроила взаимосвязь между бактериями, запрограммировав некоторые из них "загораться" только после получения определённого сигнала от других клеток. Для этого Чжао и его коллеги создали из гидрогеля трёхмерные нити. Нижний слой такой нити состоял из бактерий, выделяющих особые химические вещества, а верхний слой содержал люминесцентные клетки, реагировавшие на эти химические команды. В будущем описанная технология может быть использована для печати настоящих живых компьютеров, которые смогут решать задачи с помощью сложных химических взаимодействий между клетками.
В краткосрочной перспективе учёные рассчитывают создать компактные индивидуальные датчики, для поиска различных молекулярных соединений. Кроме того татуировки и имплантаты на основе живых бактерий могут производить и постепенно выпускать в организм человека лекарственные препараты .
Подробное описание результатов нового исследования было опубликовано в издании Advanced Materials.
