Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Tatoeages op nanoschaal voor individuele cellen kunnen vroegtijdige waarschuwingen geven voor gezondheidsproblemen

Valsgekleurde gouden nanodot-array op een fibroblastcel. Krediet:Kam Sang Kwok en Soo Jin Choi, Gracias Lab/Johns Hopkins University.

Ingenieurs hebben tatoeages op nanoschaal ontwikkeld (stippen en draden die aan levende cellen hechten) als een doorbraak die onderzoekers een stap dichter bij het volgen van de gezondheid van individuele cellen brengt.



De nieuwe technologie maakt voor het eerst de plaatsing van optische elementen of elektronica op levende cellen mogelijk met tatoeage-achtige arrays die op cellen blijven plakken terwijl ze buigen en zich aanpassen aan de natte en vloeibare buitenstructuur van de cellen.

"Als je je voorstelt waar dit allemaal naartoe gaat in de toekomst, zouden we graag sensoren willen hebben die de toestand van individuele cellen en de omgeving rondom die cellen op afstand in realtime kunnen monitoren en controleren", zegt David Gracias, hoogleraar chemische en biomoleculaire technologie. engineering aan de Johns Hopkins University, die leiding gaf aan de ontwikkeling van de technologie. "Als we technologieën hadden om de gezondheid van geïsoleerde cellen te volgen, zouden we ziekten misschien veel eerder kunnen diagnosticeren en behandelen en niet kunnen wachten tot het hele orgaan beschadigd is."

De details worden gepubliceerd in Nano Letters .

Gracias, die werkt aan de ontwikkeling van biosensortechnologieën die niet-toxisch en niet-invasief zijn voor het lichaam, zei dat de tatoeages de kloof overbruggen tussen levende cellen of weefsel en conventionele sensoren en elektronische materialen. Ze lijken in wezen op streepjescodes of QR-codes, zei hij.

"We hebben het over het plaatsen van zoiets als een elektronische tatoeage op een levend object dat tientallen keren kleiner is dan de punt van een speldenknop", zei Gracias. "Het is de eerste stap in de richting van het bevestigen van sensoren en elektronica op levende cellen."

Gouden nanodraadarray op het brein van een rat. Krediet:Kam Sang Kwok en Soo Jin Choi, Gracias Lab/Johns Hopkins University.

De structuren konden zich 16 uur lang aan zachte cellen hechten, zelfs als de cellen bewogen.

De onderzoekers bouwden de tatoeages in de vorm van arrays met goud, een materiaal dat bekend staat om zijn vermogen om signaalverlies of vervorming in elektronische bedrading te voorkomen. Ze bevestigden de arrays aan cellen die weefsel in het menselijk lichaam maken en onderhouden, de zogenaamde fibroblasten. De arrays werden vervolgens behandeld met moleculaire lijmen en op de cellen overgebracht met behulp van een alginaathydrogelfilm, een gelachtig laminaat dat kan worden opgelost nadat het goud aan de cel is gehecht. De moleculaire lijm op de array hecht zich aan een film die door de cellen wordt afgescheiden en die de extracellulaire matrix wordt genoemd.

Eerder onderzoek heeft aangetoond hoe je hydrogels kunt gebruiken om nanotechnologie op de menselijke huid en inwendige dierlijke organen te plakken. Door te laten zien hoe nanodraden en nanodots op afzonderlijke cellen kunnen worden bevestigd, gaat het team van Gracias de al lang bestaande uitdaging aan om optische sensoren en elektronica compatibel te maken met biologische materie op het niveau van afzonderlijke cellen.

"We hebben aangetoond dat we complexe nanopatronen aan levende cellen kunnen hechten, en er tegelijkertijd voor kunnen zorgen dat de cel niet sterft," zei Gracias. "Het is een heel belangrijk resultaat dat de cellen kunnen leven en meebewegen met de tatoeages, omdat er vaak een aanzienlijke incompatibiliteit bestaat tussen levende cellen en de methoden die ingenieurs gebruiken om elektronica te fabriceren."

Het vermogen van het team om de punten en draden in een array-vorm te bevestigen is ook cruciaal. Om deze technologie te gebruiken om bio-informatie te volgen, moeten onderzoekers sensoren en bedrading in specifieke patronen kunnen rangschikken, vergelijkbaar met hoe ze in elektronische chips zijn gerangschikt.

"Dit is een array met een specifieke spatiëring," legde Gracias uit, "geen willekeurig groepje punten."

Het team is van plan te proberen complexere nanocircuits aan te sluiten die langer op hun plaats kunnen blijven. Ze willen ook experimenteren met verschillende soorten cellen.

Meer informatie: Kam Sang Kwok et al, Op weg naar eencellige tatoeages:biotransferprinten van lithografische gouden nanopatronen op levende cellen, Nanoletters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c01960

Journaalinformatie: Nanobrieven

Aangeboden door Johns Hopkins Universiteit




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Temperatuur kan de pollenkleur beïnvloeden
  2. Grenzen van het uithoudingsvermogen als marathonsterren geen tijd meer hebben
  3. Duizenden burgerwetenschappers helpen onderzoekers kelpbossen in kaart te brengen
  4. Hoe een menselijke cel te maken voor een wetenschapsproject
  5. Onderzoekers ontwikkelen een nieuwe AI-tool voor geavanceerde analyse van diergedrag
  6. Zeehonden en onze kusten
  7. Hoe een vormveranderende receptor de celgroei beïnvloedt
  8. Acht redenen om deze Halloween niet te laten schrikken door spinnen
  9. Fossielen van zaagvissen suggereren dat tanden waarschijnlijk zijn geëvolueerd uit schubben in oude vissen

Wetenschap