Чтобы создавать на 3D-принтере действительно сложные объекты, требуется использовать чрезвычайно тонкое сопло. Исследователи обнаружили, что вместо трудоемкого и затратного процесса изготовления таких сопел можно воспользоваться уже готовым природным решением — кровососущим хоботком комара.

Почему хоботок комара подходит для 3D-печати

Комары используют свои хоботки, чтобы проникать между клетками кожи и добираться до кровеносных сосудов. Благодаря этому их хоботки отличаются исключительной тонкостью, а также полой, жесткой и прямой структурой. Кроме того, самки комаров — дешевый и доступный источник, что делает их хоботки привлекательным материалом для подобных экспериментов.

Исследование и технология

Ученые из Университета Макгилла (Монреаль) и Университета Дрекселя (Филадельфия) занялись превращением хоботков комаров в сопла для 3D-печати. Хотя сверхтонкие сопла уже существуют, их обычно производят из дорогих специальных металлов или стекла, что усложняет и удорожает процесс.

В ходе эксперимента использовались выращенные в лаборатории самки комаров Aedes Aegypti. После умерщвления их хранили в морозильнике, а затем стерилизовали в 80% растворе этанола. Мягкая защитная оболочка хоботка удалялась, оставляя только жесткую внутреннюю часть. На нее наносили ультрафиолетовую смолу, которую затем затвердевали с помощью УФ-излучения. После этого хоботок аккуратно отделяли от тела комара, получая прочную тонкую трубочку.

Применение в 3D-печати

Полученное сопло присоединяли к стандартному пластиковому наконечнику-дозатору, который использовался для подачи печатного материала в 3D-принтере с прямым нанесением чернил (DIW). Такая установка позволила печатать слои толщиной всего 20 микрон — примерно вдвое тоньше, чем способны современные коммерческие 3D-принтеры. Среди напечатанных миниатюрных сложных структур были соты, кленовый лист и биоматрицы с заключёнными внутри раковыми клетками и эритроцитами.

Экологичность и повторное использование

Важно отметить, что каждое такое сопло можно использовать многократно до замены, а после утилизации оно разлагается в природе.

Биологические материалы в инженерии

Авторы исследования назвали этот подход «3D некропечатью», напоминая о других работах, где, например, трупы пауков и хвосты омаров использовались как механические захваты. Кстати, хоботок комара ранее уже вдохновлял инженеров на создание безболезненных гиподермических игл.

«Вводя биологические материалы в качестве жизнеспособной альтернативы сложным инженерным компонентам, эта работа открывает путь к устойчивым и инновационным решениям в передовом производстве и микроинженерии», — отмечает доцент Университета Макгилла Цзяньюй Ли.

Результаты исследования недавно были опубликованы в журнале Science Advances.