Nanoskala tatoveringer til individuelle celler kunne give tidlige advarsler om sundhedsproblemer
Ingeniører har udviklet tatoveringer i nanoskala – prikker og ledninger, der klæber til levende celler – i et gennembrud, der sætter forskerne et skridt tættere på at spore individuelle cellers helbred.
Den nye teknologi tillader for første gang placering af optiske elementer eller elektronik på levende celler med tatoveringslignende arrays, der klæber på cellerne, mens de bøjer og tilpasser sig cellernes våde og flydende ydre struktur.
"Hvis du forestiller dig, hvor det hele går hen i fremtiden, vil vi gerne have sensorer til at fjernovervåge og kontrollere tilstanden af individuelle celler og miljøet omkring disse celler i realtid," sagde David Gracias, professor i kemisk og biomolekylær ingeniør ved Johns Hopkins University, der ledede udviklingen af teknologien. "Hvis vi havde teknologier til at spore isolerede cellers helbred, kunne vi måske diagnosticere og behandle sygdomme meget tidligere og ikke vente, indtil hele organet er beskadiget."
Detaljerne er offentliggjort i Nano Letters .
Gracias, der arbejder på at udvikle biosensorteknologier, der er ikke-toksiske og ikke-invasive for kroppen, sagde, at tatoveringerne bygger bro mellem levende celler eller væv og konventionelle sensorer og elektroniske materialer. De er i bund og grund ligesom stregkoder eller QR-koder, sagde han.
"Vi taler om at sætte noget som en elektronisk tatovering på en levende genstand, der er ti gange mindre end hovedet af en nål," sagde Gracias. "Det er det første skridt mod at fastgøre sensorer og elektronik på levende celler."
Strukturerne var i stand til at klæbe til bløde celler i 16 timer, selvom cellerne bevægede sig.
Forskerne byggede tatoveringerne i form af arrays med guld, et materiale kendt for dets evne til at forhindre signaltab eller forvrængning i elektroniske ledninger. De fastgjorde arrays til celler, der danner og opretholder væv i den menneskelige krop, kaldet fibroblaster. Arrayerne blev derefter behandlet med molekylær lim og overført til cellerne ved hjælp af en alginat-hydrogelfilm, et gel-lignende laminat, der kan opløses, efter at guldet klæber til cellen. Den molekylære lim på arrayet binder sig til en film, der udskilles af cellerne, kaldet den ekstracellulære matrix.
Tidligere forskning har vist, hvordan man bruger hydrogeler til at klæbe nanoteknologi på menneskers hud og indre dyreorganer. Ved at vise, hvordan man klæber nanotråde og nanodotter på enkeltceller, tackler Gracias' team den langvarige udfordring med at gøre optiske sensorer og elektronik kompatible med biologisk materiale på enkeltcelleniveau.
"Vi har vist, at vi kan knytte komplekse nanomønstre til levende celler, samtidig med at vi sikrer, at cellen ikke dør," sagde Gracias. "Det er et meget vigtigt resultat, at cellerne kan leve og bevæge sig med tatoveringerne, fordi der ofte er en betydelig inkompatibilitet mellem levende celler og de metoder, ingeniører bruger til at fremstille elektronik."
Holdets evne til at fastgøre prikkerne og ledningerne i en matrixform er også afgørende. For at bruge denne teknologi til at spore bioinformation, skal forskere være i stand til at arrangere sensorer og ledninger til specifikke mønstre, der ikke er ulig, hvordan de er arrangeret i elektroniske chips.
"Dette er et array med specifik afstand," forklarede Gracias, "ikke en tilfældig flok prikker."
Holdet planlægger at forsøge at tilslutte mere komplekse nanokredsløb, der kan forblive på plads i længere perioder. De vil også gerne eksperimentere med forskellige typer celler.
Flere oplysninger: Kam Sang Kwok et al., Toward Single Cell Tattoos:Biotransfer Printing of Lithographic Gold Nanopatterns on Live Cells, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c01960
Journaloplysninger: Nanobreve
Leveret af Johns Hopkins University
Varme artikler
-
Ny tænd/sluk-funktion for hurtig, følsom, ultra-små teknologierBright-field mikroskopi billede af en VO 2 plan aktuator af chevron-typen. Superposition i falsk farve af spidsen af skytten ved lav og høj temperatur. Bar, 1 μm. Kredit:Osaka University Hvord -
Forskere skaber selvbærende, intelligent, elektroniske mikrosystemer fra grønt materialeDenne illustration fanger essensen af det nyudviklede elektroniske mikrosystem. Kredit:UMass Amherst Et forskerhold fra University of Massachusetts Amherst har skabt et elektronisk mikrosystem, -
Forskere udvikler ny metode til at fjerne støv på solpanelerKredit:ACS Med udgangspunkt i lotusbladets selvrensende egenskaber, forskere ved Ben-Gurion University of the Negev har kastet nyt lys over mikroskopiske kræfter og mekanismer, der kan optimeres t -
En nano-transistor vurderer dit helbred via svedKredit:EPFL/Jamani Caillet Fremstillet af state-of-the-art silicium transistorer, en sensor med ultralav effekt muliggør scanning i realtid af indholdet af væsker såsom sved. Kompatibel med avance
- Hvad er den bedste måde at fremme innovation på? Konkurrencedygtig løn kan være svaret
- Quantum exciton fundet i magnetisk van der Waals materiale
- Sådan beregnes procentdele
- Byggesæt til specialdesignede produkter
- Forskere bruger ældgamle marine fossiler til at optrevle mangeårige klimapuslespil
- Multisample teknik til at analysere celleadhæsion