有許多方法可以在微米計尺上制造三維物體，然而，一種材料的化學特性如何能夠以微米的精度進行調(diào)節(jié)？維也納科技大學（Vienna University of Technology）的科學家發(fā)現(xiàn)了一種能夠使分子準確附著到準確位置上的方法。當生物組織生長時，這種方法可以允許化學信號的定位，并反饋到生命細胞，讓其知道可以附著在哪里。這一新技術同樣給傳感器技術帶來希望：一個小小的三維的“芯片實驗室”（lab on a chip）被創(chuàng)造出來了，里面準確定位的分子根據(jù)周圍環(huán)境作出物質(zhì)反應。
由光接枝（180µm寬度）產(chǎn)生的三維模型。熒光分子附著在水凝膠上，產(chǎn)生了一個顯微三維模型。
材料科學與化學
這種新方法的名字叫三維光接枝（3D-photografting），是由來自維也納科技大學的兩個研究小組緊密合作研究出來的：Jurgen Stampfl教授指導的材料科學研究小組和Robert Liska教授指導的微分子化學研究小組。這兩個研究小組以前就因為發(fā)明了多款新型的三維打印機而引起學界極大的關注。然而，對于現(xiàn)在科學家們正在研究的應用來說，三維打印可不會發(fā)揮很大作用：“在有著不同化學特性的微細構造單元（building blocks）里將同一種材料放置在一起是極度復雜的”，Aleksandr Ovsianikov說。“這就是為什么我們從三維支架（scaffold）開始，然后將所需分子準確附著在正確的位置上。”
3D光接枝：激光射進水凝膠（黃色），分子附著在空間的特殊點上（綠色）。
水凝膠里的分子 被激光緊緊鎖在位置上
科學家開始使用一塊水凝膠（一種高分子材料）做試驗，里面排列著松散的網(wǎng)狀結構。在這些分子間，留有大的縫隙，其他分子甚至細胞都可以穿梭移動。
將特別選定的分子導入水凝膠結構內(nèi)，然后使用激光束輻射若干個點。在激光束聚焦最多的位置，一個光化學活性鍵被破壞。這樣，高活性的中間分子（intermediates）就被制造出來，并迅速地附著到水凝膠上。其精度取決于激光器的透鏡系統(tǒng)，在維也納科技大學可以提供一個精度達4µm 的解決方案。“這就類似一個藝術家，將不同顏色涂畫到畫布上不同位置，我們可以在水凝膠里定位分子，而且是高精度的、三維的操作。”Aleksandr Ovsianikov說。
傳送給細胞的化學信號
這一技術可以被用來人工增生生物組織，就像一種攀爬植物附著在藤架上，細胞也需要某些支架來依附。在自然組織里，細胞外的基質(zhì)通過某些特殊的氨基酸序列向細胞發(fā)出信號，指示它們在哪里生長。
在實驗室里，科學家嘗試使用類似的化學信號。在許多實驗中，細胞附著能夠在二維表面被引導發(fā)生，但是為了在特殊的內(nèi)部結構（比如毛細管）生長更大的組織，非常需要真正的三維技術。
微傳感器探測分子
根據(jù)不同的應用，可以使用不同的分子來做試驗。三維光接枝技術不僅在生物工程作用大，在其他領域如光電池、傳感器技術等應用前景非常廣闊。在一個小小的空間里，分子能夠被人為地定位附著到特殊的化學物質(zhì)，并可以被探測到。這使一個顯微的三維“芯片實驗室”成為可能。
(注：本文由激光制造網(wǎng)翻譯，轉(zhuǎn)載請注明來源“激光制造網(wǎng)”)
轉(zhuǎn)載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
