3D-принтер напечатал бактериями наклейку-химический сенсор

Ученые создали из генетически модифицированных бактерий материал, которым можно печатать логические вентили и целые химические сенсоры, в том числе и наклеиваемые на руку, говорится в статье, опубликованной в журнале Advanced Materials. При этом материал можно использовать для печати сенсоров на 3D-принтере.

В последние несколько лет 3D-печать адаптировали не только для создания конструкций из пластика, металла и других материалов, но и для создания электроники, причем не только простых проводящих элементов. К примеру, таким методом научились создавать датчики растяжения или сжатия, а также другие сенсоры, при этом некоторые исследователи экспериментируют даже с материалами на основе бактерий.

Ученые под руководством Сюаньхэ Чжао (Xuanhe Zhao) из Массачусетского технологического института разработали материал для 3D-печати, который позволяет обнаруживать конкретные вещества с помощью бактерий. В его основе лежит гидрогель из нескольких компонентов: плюроника, служащего основой матрицы гидрогеля, фотоинициатора, связывающего компоненты гидрогеля после облучения ультрафиолетом, генетически модифицированных бактерий Escherichia coli (кишечная палочка), а также питательной среды для них.

Исследователи модифицировали E. coli таким образом, что она вырабатывает зеленый флуоресцентный белок в присутствии конкретных веществ, и создали модификации для обнаружения трех веществ. Они напечатали на 3D-принтере несколько простых объемных конструкций, а также наклейку-сенсор. Она представляет собой «дерево», напечатанное на тонкой биосовместимой полимерной подложке, которая легко приклеивается на кожу. «Дерево» состоит из трех частей, каждая из которых чувствительна к одному конкретному веществу. Исследователи продемонстрировали, что сенсор начинает флуоресцировать в течение нескольких десятков минут после добавления сигнального вещества.

Помимо этого ученые смогли создать на основе такого материала логические вентили, которые выполняя ту или иную логическую операцию преобразуют входные сигналы в выходной. Для этого они создали помимо модификаций бактерий, производящих флуоресцентный белок, также модификации, которые снижают его производство и модификации, производящие сигнальные вещества. За счет этого, а также специального расположения фрагментов с теми или иными бактериями, они получили вентили типов НЕ, И, ИЛИ и НЕ И.

Бактерии не впервые используются в качестве химических сенсоров. Весной 2017 года израильские ученые успешно испытали чувствительные к тринитротолуолу бактерии в качестве детекторов закопанных в землю мин. Они рассыпали на «минном поле» бусины с этими бактериями, и смогли обнаружить контейнеры с минами на расстоянии 20 метров. А другие ученые недавно разработали материал для 3D-печати, который также содержит бактерии, но в своей работе использовали бактерии, разлагающие фенол и вырабатывающие целлюлозу.

Григорий Копиев