A kutatók porcsejtek és nanorészecskék 3D-s nyomtatásával olyan működő füleket hoztak létre, amelyek rádiójeleket fogadnak. A tanulmány azt bizonyítja, hogy egy napon lehetségessé válhat bionikus szövetek és szervek létrehozása.
A szövetmérnökségben sejteket és más anyagokat használnak a test szöveteinek, például a csontoknak és a porcoknak a javítására vagy pótlására. Jelenleg azonban nehéz háromdimenziós struktúrákat létrehozni a testben való felhasználásra, különösen az összetett geometriájú szervek, például a fülek esetében.
A probléma leküzdésére Dr. Michael McAlpine (Princeton Egyetem) és Dr. David Gracias (Johns Hopkins Egyetem) vezette kutatócsoport az additív gyártáshoz, vagyis a 3D nyomtatáshoz fordult. Ebben a folyamatban egy 3D-s tárgyat „nyomtatnak” úgy, hogy az anyag egymást követő rétegeit egy digitális modell alapján mintázatban helyezik el.
A kutatók egy emberi jobb fül számítógéppel segített tervezési (CAD) rajzát használták a nyomtatáshoz. Három komponenst használtak nyomtató „tintának”: hidrogel mátrixban lévő porcsejteket, szerkezeti szilikont és ezüst nanorészecskékkel átitatott szilikont. A fület rétegről rétegre építették fel egy hagyományos 3D-s nyomtatóval, az ezüsttel átitatott „tintával” tekercselt antennát alkotva.
Tenyésztési körülmények között 10 hét alatt a nyomtatott fül hidrogel komponense újra felszívódott, és a sejtek extracelluláris mátrixot fejlesztettek ki, ami átlátszatlanná tette a fület.
A kutatók jellemezték a fül biokémiai, mechanikai és funkcionális tulajdonságait. Megállapították, hogy a „kiborg fül” széles rádiófrekvencia-tartományban képes jeleket fogadni, az induktív tekercs vevőantennaként működik. A jelfrekvenciák 1 MHz és 5 GHz között mozogtak.
A megközelítés sokoldalúságának bemutatására a kutatók megfordították a CAD-tervet, és egy kiegészítő bal fület hoztak létre. A füleket bal és jobb oldali sztereó hang antennajeleinek vetítették ki, összegyűjtötték a fülek által vett jeleket, digitális oszcilloszkópba táplálták, és a kapott hangjeleket hangszórókon keresztül játszották le. A rendszer kiváló minőségű hangot produkált, amint azt Beethoven Für Elise című operájának egy előadása is bizonyította.
„Általánosságban elmondható, hogy mechanikai és termikus kihívások merülnek fel az elektronikus anyagok biológiai anyagokkal való összekapcsolása során” – mondja McAlpine. Munkánk egy új megközelítést javasol – a biológiai anyagok és az elektronika szinergikus, háromdimenziós összefonódó formátumban történő felépítését és fejlesztését.
Ez az elvi bizonyítást nyújtó tanulmány azt mutatja, hogy a szövetek és az elektronika kombinálható hibrid, bionikus szervekké. A csapat most más anyagok beépítését tervezi, hogy a fül akusztikus hangokat regisztráljon. A 3D nyomtatás bővítheti az implantátumok és protézisek új generációjának létrehozásának lehetőségeit, amelyek helyreállítják – vagy akár javítják – az emberi képességeket.
