Для робототехники, трансплантологии и энергетики. Ученые из Техаса создали материал, напечатанный на 3D-принтере и имитирующий ткани человека
Инженеры из Техасского университета в Остине разработали инновационный биоматериал для 3D-печати, способный воспроизводить избирательную фильтрационную способность биологических тканей.
Новая технология, подробно описанная в научном журнале Nature Materials , основана на создании так называемых зажатых взаимосвязанных двухслойных эмульсий (JIBE). Она открывает широкие перспективы для выращивания человеческих органов, развития мягкой робототехники, ионных вычислений и экологически чистой энергетики.
Главным достижением команды под руководством аспирантки Аиды Фики и профессора Маниша Кумара стало решение проблемы масштабирования. Ранее ученым удавалось создавать подобные структуры лишь на микроскопическом уровне, а их увеличение до макроскопических объемов требовало слишком много времени и не обеспечивало стабильности. Новый метод позволяет формировать плотные сети из миллиардов микрокапель воды всего за несколько минут с помощью стандартного лабораторного оборудования — обычного перемешивания и центрифугирования.
В результате центрифугирования капли воды, разделенные ультратонкими мембранами из двух типов масел с различной растворимостью, прочно соединяются друг с другом. Это точно имитирует клеточную организацию живых организмов. Полученный материал действует как полупроницаемая мембрана, способная избирательно транспортировать ионы и молекулы — подобно тому, как работают почки или кишечник человека.
Поскольку этот материал легко поддается печати с использованием биосовместимых веществ, сфера его применения чрезвычайно широка. В медицине и мягкой робототехнике он может служить каркасом для трансплантации органов или основой для гибких хирургических роботов. Добавление специализированных белков наделяет материал способностью проводить ионные токи, что создает предпосылки для разработки нейроморфных компьютерных систем, вдохновленных принципами работы человеческого мозга.
Кроме того, в сотрудничестве с Агентством передовых энергетических исследований (ARPA-E) при Министерстве энергетики США ученые адаптируют эту технологию для решения экологических задач. Специальные модификации материала позволяют избирательно извлекать ценный литий и редкоземельные элементы из отходов или аккумуляторов, а также отфильтровывать вредные вещества, такие как аммоний, из промышленных сточных вод. Исследователи уже запатентовали новую технологию, не требующую дорогостоящих «чистых комнат» или лазеров, и готовят ее к широкому внедрению в мировую лабораторную практику.