Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τρισδιάστατη εκτύπωση κυττάρων χόνδρου και νανοϋλικών για να δημιουργήσουν λειτουργικά αυτιά που λαμβάνουν ραδιοσήματα. Η μελέτη καταδεικνύει ότι μπορεί κάποια μέρα να είναι δυνατή η δημιουργία βιονικών ιστών και οργάνων.
Στη μηχανική ιστών, κύτταρα και άλλα υλικά χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση ή την αντικατάσταση των ιστών του σώματος, όπως το οστό και ο χόνδρος. Προς το παρόν, ωστόσο, είναι δύσκολο να δημιουργηθούν τρισδιάστατες δομές για χρήση στο σώμα, ειδικά όργανα με πολύπλοκες γεωμετρίες, όπως τα αυτιά.
Για να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Δρ Michael McAlpine στο Πανεπιστήμιο του Princeton και τον Δρ David Gracias στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins στράφηκαν στην παραγωγή πρόσθετων υλών, ή τρισδιάστατη εκτύπωση. Σε αυτή τη διαδικασία, ένα τρισδιάστατο αντικείμενο «εκτυπώνεται» τοποθετώντας διαδοχικά στρώματα υλικού σε ένα μοτίβο βασισμένο σε ψηφιακό μοντέλο.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν σχέδιο με τη βοήθεια υπολογιστή (CAD) ενός ανθρώπινου δεξιού αυτιού ως σχέδιο για την εκτύπωση. Χρησιμοποίησαν 3 συστατικά ως «μελάνια» εκτυπωτή: κύτταρα χόνδρου σε μήτρα υδρογέλης, δομική σιλικόνη και σιλικόνη εμποτισμένα με νανοσωματίδια αργύρου. Το e ear κατασκευάστηκε στρώμα με στρώμα με έναν συνηθισμένο τρισδιάστατο εκτυπωτή, με το "μελάνι" με ασημί να σχηματίζει μια κουλουριά.
Σε διάστημα 10 εβδομάδων σε συνθήκες καλλιέργειας, το συστατικό υδρογέλης του τυπωμένου αυτιού επαναρροφήθηκε και τα κύτταρα ανέπτυξαν εξωκυτταρική μήτρα, μετατρέποντας το αυτί σε αδιαφανές.
Οι ερευνητές χαρακτήρισαν τις βιοχημικές, μηχανικές και λειτουργικές ιδιότητες του αυτιού. Διαπίστωσαν ότι το "αυτί του cyborg" μπορούσε να λάβει σήματα σε ένα ευρύ φάσμα ραδιοσυχνοτήτων, με το επαγωγικό πηνίο να λειτουργεί ως κεραία λήψης. Οι συχνότητες σήματος κυμαίνονταν από 1 MHz έως 5 GHz.
Για να καταδείξουν την ευελιξία της προσέγγισης, οι ερευνητές ανατράπηκαν το σχέδιο CAD και δημιούργησαν ένα συμπληρωματικό αριστερό αυτί. Έκθεσαν τα αυτιά σε σήματα κεραίας αριστερού και δεξιού στερεοφωνικού ήχου, συνέλεξαν τα σήματα που έλαβαν τα αυτιά, τα τροφοδότησαν σε ψηφιακό παλμογράφο και έπαιξαν τα ηχητικά σήματα που προέκυψαν μέσω δυνατών ηχείων. Το σύστημα παρήγαγε ήχο υψηλής ποιότητας, όπως αποδεικνύεται από την απόδοση του Für Elise του Μπετόβεν.
Σε γενικές γραμμές, υπάρχουν μηχανικές και θερμικές προκλήσεις με τη διασύνδεση ηλεκτρονικών υλικών με βιολογικά υλικά ", λέει ο McAlpine. Η εργασία μας προτείνει μια νέα προσέγγιση-να οικοδομήσουμε και να αναπτύξουμε τη βιολογία με τα ηλεκτρονικά συνεργικά και σε τρισδιάστατη συνυφασμένη μορφή.
Αυτή η μελέτη απόδειξης αρχής δείχνει ότι ιστοί και ηλεκτρονικά μπορούν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν υβριδικά, βιονικά όργανα. Η ομάδα σχεδιάζει τώρα να ενσωματώσει άλλα υλικά που θα επιτρέψουν στο αυτί να καταγράψει ακουστικούς ήχους. Η τρισδιάστατη εκτύπωση θα μπορούσε να διευρύνει τις ευκαιρίες για τη δημιουργία μιας νέας γενιάς εμφυτευμάτων και προθέσεων για την αποκατάσταση-ή ακόμα και την ενίσχυση-των ανθρώπινων δυνατοτήτων.
