Исследователи из Техасского университета в Остине разработали материал для 3D-печати, который воспроизводит способность человеческих тканей сортировать и фильтровать молекулы, что открывает возможности его применения в медицине, мягкой робототехнике и добыче критически важных минералов. Результаты работы были опубликованы в журнале Nature Materials.

Этот материал создается путем соединения миллиардов крошечных капель воды с помощью простых методов перемешивания и центрифугирования, в результате чего за считанные минуты образуются крупные, тканеподобные структуры. Каждая капля отделена тонкой мембраной, и эти мембраны соединяются так же, как клетки организуются в тканях человека. Такая структура позволяет исследователям адаптировать ее для различных функций, заменяя белки.

«Ткани способны разделять и транспортировать ионы и молекулы; именно так работают наши почки или кишечник, забирая только то, что им необходимо, и оставляя остальное», — сказал Маниш Кумар, профессор кафедры гражданского, архитектурного и экологического строительства им. Фариборза Масиха и кафедры химической инженерии им. Маккетты в Инженерной школе Кокрелла.

Прорыв произошел благодаря аспирантке Аиде Фике, которая услышала идею на конференции после многих лет борьбы с медленным формированием и нестабильностью материала. Она и ее команда обратились к эмульгированию, смешивая два масла с разной растворимостью для образования капель, а затем сжимая их центрифугой. Поскольку материал биосовместим и может быть напечатан на 3D-принтере, он может служить каркасом для выращивания новых тканей или органов, а его гибкость делает его подходящим кандидатом для мягких роботов, используемых в хирургии, поисково-спасательных операциях или в опасных средах.

Добавление определенных белков позволило материалу проводить ионные токи, подобные тем, что проходят через нервную ткань, что открывает перспективы для вычислительных систем, имитирующих работу мозга. В другом варианте, другой белок позволил материалу отличать аммоний от других ионов в сточных водах нефтегазовой отрасли и бытовых сточных водах, что является потенциальным инструментом для фильтрации и переработки важных минералов и питательных веществ.

«Эта технология теперь предлагает простой, масштабируемый процесс с безграничными возможностями применения, который может быть реализован в любой лаборатории, поскольку требует лишь базового оборудования», — сказал Фика. Кумар добавил: «Мы призываем заинтересованных исследователей попробовать это, и мы будем всячески поддерживать всех, кто хотел бы работать в этой области, посредством визитов и обсуждений».

В настоящее время команда сотрудничает с Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США (EPA-Energy) для адаптации технологии к извлечению лития и редкоземельных элементов. Фика и Кумар запатентовали как основную технологию, так и несколько последующих применений через офис Discovery to Impact Техасского университета. Финансирование поступило от Фонда WoodNext, Национального научного фонда, Национального агентства Чили по исследованиям и разработкам и Центра динамики и управления материалами Техасского университета.

Источник