
Тайваньские ученые разработали универсальную
платформу для создания сложных трехмерных гидрогелевых конструкций,
функционально схожих с биологическими структурами или представляющих собой
метаматериалы с новыми свойствами. Результаты работы опубликованы
в журнале Science Advances.
 
Трехмерные гидрогелевые биологические ткани
или метаматериалы создаются из сшитых между собой разнородных структурных
элементов (микрогелей), в которые встроены функциональные частицы или молекулы.
Для производства микрогелей с заданной структурой и свойствами используют
различные методы, такие как эмульсионная полимеризация, микроформовка,
фотолитография, микрожидкостная сборка и другие. Все эти методы имеют
ограничения, связанные либо с формой и материалом получающихся микрогелей, либо
со сложностью или дороговизной расходных материалов и оборудования. Дальнейшая
сборка структурных элементов в трехмерный функциональный гидрогель также
представляет сложности: самосборка практически не применима к архитектурам из
разнородных элементов, ручная сборка трудоемка, а роботизированная требует
высокоточного оптического или магнитного управления микророботами.
 
Сотрудники Национального университета Цзяо Тун
и Национального тайваньского университета разработали электромикрожидкостную
платформу, в которой создание микрогелей разного состава и последующая их
сборка в гидрогель происходят в жидкой среде и управляются электросмачиванием
(оно направляет заряженную жидкость к электроду с подходящим покрытием) и
диэлектрофорезом (он вызывает движение незаряженных частиц или живых клеток под
действием неоднородного электрического поля).
 
Для этого материалы с разными свойствами
(дисперсные частицы, растворимые молекулы, живые клетки и другие) помещаются в
резервуары, смешиваются с растворителем, содержащим полимеризуемую основу геля
и краситель, дозируются и с помощью сети электродов помещаются в определенный
участок платформы и удерживается в нем. Разнонаправленное действие
электросмачивания и диэлектрофореза позволяет в соответствии с заданной
программой управлять расположением капель материалов на платформе, перемещать
их (как при игре в тетрис или пятнашки) изменять их форму и структуру и
смешивать друг с другом. При достижении заданной конфигурации капли материалов
отверждаются светом заданной частоты с образованием плоских микрогелей размером
1×1х0,1 миллиметра.
