5 εργαστήρια που χρησιμοποιούν την εκτύπωση 3D για έργα Biohacking - 💡 Fix My Ideas

5 εργαστήρια που χρησιμοποιούν την εκτύπωση 3D για έργα Biohacking

5 εργαστήρια που χρησιμοποιούν την εκτύπωση 3D για έργα Biohacking


Συγγραφέας: Ethan Holmes, 2019

Η αρχική έκδοση αυτού του άρθρου,Πρωτότυπο με ζωντανά κύτταρα,έτρεξε ως μια δόση σε μια σειρά σχετικά με την κατάσταση της biohacking από το Biohacking Safari. Η έκδοση παρακάτω εμφανίζεται στο Φτιαχνω, κανω: Vol. 56.


Η μεγαλύτερη γέφυρα μεταξύ του κόσμου των κατασκευαστών και του κόσμου των biohackers είναι ίσως ο ισχυρός 3D εκτυπωτής. Η κύρια διαφορά είναι η χρήση πλαστικών, η χρήση βιοϋλικών για την κατασκευή τρισδιάστατων δομών και η χρήση ειδικών βιοκαυσίμων από ζωντανά κύτταρα για την εκτύπωση μηνυμάτων και μοτίβων.

Ανθρώπινα κύτταρα καλλιεργήθηκαν σε μια αμυγδαλωτή φέτα μήλου (αριστερά) και ένα μήλο λαξευμένο σε σχήμα αυτιού (δεξιά) από την Pelling Labs. Φωτογραφία από Bonnie Findley

Πώς BioCurious ξεκίνησε την βιογραφική εκτύπωση

Διαβάστε τα άρθρα από το περιοδικό εδώ Φτιαχνω, κανω:. Δεν έχετε ακόμα συνδρομή; Πάρτε ένα σήμερα.

Το BioCurious αποτελεί υποχρεωτική στάση μεταξύ των κοινοτήτων βιοχαικών στη Βόρεια Αμερική. Αυτός ο πρωτοπόρος χώρος, που βρίσκεται στο Sunnyvale, Καλιφόρνια, φιλοξενεί διάφορους σπουδαίους ανθρώπους που συνεργάζονται στο έργο DIY BioPrinter. Η βιογραφική τους περιπέτεια άρχισε το 2012, όταν είχαν τις πρώτες τους συναντήσεις. Σύμφωνα με τον Patrik D'haeseleer, ο οποίος ηγείται του έργου με τη Μαρία Τσάβες, αναζητούσαν κοινοτικά προγράμματα που θα μπορούσαν να φέρουν νέους ανθρώπους στο χώρο και να τους επιτρέψουν να συνεργαστούν γρήγορα. Κανένας από τους ηγέτες του έργου δεν είχε στη διάθεσή του συγκεκριμένη εφαρμογή βιογραφικού, ούτε είχε προηγούμενη γνώση σχετικά με τον τρόπο κατασκευής αυτού του τύπου εκτυπωτή. Παρ 'όλα αυτά, φαινόταν να είναι μια αρκετά προσιτή τεχνολογία με την οποία μπορούσαν να παίξουν οι άνθρωποι.

"Μπορείτε απλά να πάρετε έναν εμπορικό εκτυπωτή inkjet. Πάρτε τις κασέτες μελάνης και κόψτε την κορυφή ουσιαστικά. Αδειάστε το μελάνι και βάλτε κάτι άλλο εκεί. Τώρα μπορείτε να ξεκινήσετε την εκτύπωση με αυτό "εξηγεί ο D'haeseleer.

Ο όμιλος BioCurious ξεκίνησε με εκτύπωση σε μεγάλα φίλτρα καφέ, υποκαθιστώντας μελάνι με αραβινόζη, η οποία είναι μια φυσική ζάχαρη φυτού. Στη συνέχεια έβαλαν το χαρτί φίλτρου πάνω από μια καλλιέργεια βακτηρίων Ε. Coli γενετικά τροποποιημένων για να παράγουν μια πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη παρουσία αραβινόζης. Τα κύτταρα άρχισαν να ανάβουν ακριβώς εκεί που εκτυπώθηκε η αραβινόζη.

Η τροποποίηση των εμπορικών εκτυπωτών για αυτό, όπως έκαναν, παρουσίαζε προκλήσεις. "Μπορεί να χρειαστεί να αναστρέψετε τον οδηγό του εκτυπωτή ή να αποσυναρμολογήσετε τα μηχανήματα χειρισμού χαρτιού, ώστε να μπορείτε να κάνετε ό, τι θέλετε", λέει ο D'haeseleer.

Πρώτη μεγάλη επιτυχία με BioCurious '$ 150 DIY BioPrinter: φθορίζουσα E. coli τυπωμένη σε άγαρ με κεφαλή εκτύπωσης inkjet. Φωτογραφία από τον Patrik D'haeseleer

Έτσι η ομάδα αποφάσισε να κατασκευάσει το δικό της βιογραφικό από το μηδέν. Η δεύτερη έκδοση τους χρησιμοποιεί βηματικούς κινητήρες από μονάδες CD, κασέτα inkjet ως κεφαλή εκτύπωσης και ανοιχτή θύρα Arduino για να την οδηγήσει - ένα βιογραφικό DIY για μόλις $ 150 που μπορείτε να βρείτε στα Instructables.

Η επόμενη και ακόμα τρέχουσα πρόκληση ασχολείται με τη συνεκτικότητα του μελανιού. Οι εμπορικές κασέτες λειτουργούν με μελάνι που είναι αρκετά υδαρής. Όμως, το bioink απαιτεί ένα περισσότερο ομοιάζον με πηκτή υλικό με υψηλό ιξώδες. Η ομάδα DIY BioPrinter πειραματίζεται με διαφορετικά σχέδια αντλιών σύριγγας που θα τους επέτρεπαν να εγχύουν μικρές ποσότητες ιξώδους υγρού μέσω του "κεφαλιού βιογραφίας".

Πρώιμος εκτυπωτής BioCurious: 11 αντλίες σύριγγας τοποθετημένες σε πλατφόρμα από μονάδες δίσκου DVD. Φωτογραφία από τον Patrik D'haeseleer

Μετακίνηση σε 3D

Ξεκινώντας με μια ήδη υπάρχουσα πλατφόρμα 3D φαινόταν σαν ο καλύτερος τρόπος να ξεπεράσετε τα 2D μοτίβα. Η ομάδα προσπάθησε αρχικά να τροποποιήσει τον υπάρχοντα τρισδιάστατο εκτυπωτή προσθέτοντας μια κεφαλή βιογραφίας απευθείας επάνω σε αυτήν. Ωστόσο, η εμπορική μηχανή τους απαιτούσε κάποια δύσκολη αντίστροφη μηχανική και τροποποίηση λογισμικού για να τελειοποιήσουν τη διαδικασία. Μετά από μερικούς μήνες, αυτό οδήγησε σε αδιέξοδο.

Η οικογένεια RepRap των εκτυπωτών 3D επηρέασε το επόμενο βήμα. Αφού αγόρασε ένα προσιτό κιτ εκτυπωτών ανοιχτού κώδικα, η ομάδα βιογραφικής εκτύπωσης ήταν σε θέση να κλείσει την κεφαλή εκτύπωσης πλαστικής εξώθησης για μια κεφαλή εκτύπωσης με εύκαμπτους σωλήνες που συνδέονται με ένα σύνολο σταθερών αντλιών σύριγγας. Δούλεψε.

Μετατρέποντας ένα RepRap στην πιο πρόσφατη πλατφόρμα 3D BioPrinter της BioCurious, με μια ανοικτή αντλία σύριγγας. Φωτογραφία από τη Μαρία Τσάβες

"Η κοινότητα RepRap είναι πραγματικά αυτό που έχει καταστήσει δυνατή την όλη επανάσταση 3D εκτύπωσης", λέει ο D'haeseleer.

Πολύ σύντομα υπήρχε μια κοινότητα γύρω από το τρισδιάστατο bioprinting, το τικνίκ στο σπίτι και σε χώρους biohackers όπως το BioCurious, το BUGSS και το Hackteria, όλοι μοιράζοντας τα πειράματά τους.

Εργασία με τη ζωή

Ο ιερός γραός της βιογραφίας παράγει 3D όργανα για μεταμοσχεύσεις. Η εργασία με ανθρώπινα ή θηλαστικά κύτταρα είναι πολύπλοκη. Πρέπει να έχετε κάποιον στο εργαστήριο κάθε μέρα να φροντίζει τα κύτταρα και να κρατά τα πάντα όσο το δυνατόν πιο στείρα. Λόγω αυτών των εμποδίων, το τρέχον μακροπρόθεσμο έργο του ομίλου BioPrinter είναι να δημιουργήσει ένα λειτουργικό φυτό όργανο απόδειξη της αντίληψης και να το φτιάξει στη φωτοσύνθεση. Αυτό θα είναι ένα τεχνητό φύλλο!

Δεν έχει υπάρξει πολλή δουλειά με τα φυτικά κύτταρα, δημιουργώντας πολλές ανοικτές κατευθύνσεις για την έρευνα. Πρέπει να υπολογίσετε το είδος των τύπων κυττάρων που θα χρησιμοποιήσετε, πώς να τα συνδέσετε, ποια είναι η δομή ενός φύλλου 3D, κ.λπ. Σύμφωνα με τον D'haeseleer, η τρισδιάστατη εκτύπωση με τα φυτικά κύτταρα ταιριάζει πολύ καλύτερα για μια κοινότητα DIY εργαστήριο από τα πραγματικά θηλαστικά κύτταρα.

Είτε λειτουργεί είτε όχι, το ενδιαφέρον εδώ είναι να δοκιμάσουμε τα πράγματα και να δούμε πώς μεγαλώνουν. Μια εμπορική εφαρμογή δεν είναι ο μοναδικός σκοπός των βιοχακετών, αν και ορισμένοι επιστήμονες είναι λίγο συγκλονισμένοι από τις δυνατότητες της έρευνάς τους.

"Δεν είμαστε πολύ προσανατολισμένοι στο στόχο, όπως θέλουμε να ξεκινήσουμε από τη βιογραφική εκτύπωση και να πουλήσουμε ένα προϊόν, να φτιάξουμε εκατομμύρια δολάρια ... Δεν υπάρχουν πάρα πολλά φυτά σε απελπιστική ανάγκη μεταμοσχεύσεων φύλλων! Συμμετέχουμε σε αυτό το έργο γιατί είναι ένα διασκεδαστικό πράγμα. Κάνουμε κάποια πρόοδο εβδομαδιαίως από την εβδομάδα », λέει ο D'haeseleer.

3D Bioprinting με φυτικά κύτταρα

Κατά την εκτύπωση με τα φυτικά κύτταρα, το πρώτο βήμα είναι να υπολογίσουμε το υλικό στο οποίο τα κύτταρα πρόκειται να κρατηθούν στη θέση τους μέχρι να αναπτυχθούν και να γίνουν συνδέσεις. Ορισμένα τρέχοντα πειράματα στο BioCurious χρησιμοποιούν ένα υλικό που μοιάζει με πηκτή που ονομάζεται αλγινικό άλας, το οποίο έχει πολύ ενδιαφέρουσες ιδιότητες. Το αλγινικό νάτριο είναι διαλυτό στο νερό, αλλά είναι ιξώδες ενώ το αλγινικό ασβέστιο στερεοποιείται αμέσως. Είναι παρόμοιο με τις τεχνικές σφαιροποίησης που παρατηρούνται στην επιστήμη των τροφίμων, όπου ένα στερεό σταγονίδιο είναι γεμάτο από υγρό στο εσωτερικό (ελέγξτε αυτή την τεχνική ψυχρής έλασης πετρελαίου που μπορείτε να φτιάξετε ως πινέλο bruschetta).

Δοκιμάζοντας το αλγινικό άλας ως ένα πολλά υποσχόμενο βιοντίζελ που είναι ικανό και προσιτό στο BioCurious. Φωτογραφία από τη Μαρία Τσάβες

Αρκετά σχέδια αντλιών σύριγγας είναι τώρα σε δοκιμές, όλα χρησιμοποιώντας την ίδια σύγκριση: μία αντλία σύριγγας περιέχει τα κύτταρα μέσα σε ένα διάλυμα αλγινικού και το δεύτερο περιέχει χλωριώδες ασβέστιο. Όταν τα δύο υλικά έρθουν σε επαφή, η δομή στερεοποιείται. Στη συνέχεια, εκτυπώνετε ένα στερεό με ενσωματωμένα κελιά. Η βελτιστοποίηση βρίσκεται σε εξέλιξη.

Μια άλλη πρόκληση είναι να αποφασιστεί ποιος τύπος κυττάρων είναι απαραίτητος. "Πρέπει πρώτα να διαφοροποιήσουμε όλα τα κύτταρα και να εκτυπώσουμε τα κύτταρα όπου νομίζουμε ότι πρέπει να πάνε; Πρέπει να εκτυπώνουμε ταυτόχρονα αδιαφοροποίητα κύτταρα και αυξητικούς παράγοντες για να τα διαφοροποιήσουμε και να αναδιατάξουμε επιτόπου; "Η ερώτηση εξακολουθεί να είναι ανοικτή για τον D'haeseleer. Η ομάδα DIY πειραματίστηκε με ποικίλους τύπους κυττάρων και δεν συνέστησε τη χρήση κυττάρων καρότου όπως συνήθως κάνουν οι άνθρωποι. Αυτά τα βλαστικά κύτταρα είναι αδιαφοροποίητα, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να δημιουργήσουν διαφορετικούς τύπους κυττάρων υπό καλές συνθήκες, αλλά συχνά μολύνονται.

Σφαιρίδια αλουμινικού πηκτώματος που έχουν υποβληθεί σε εκβολή από το χέρι και κατασκευάζονται στο BioCurious. Φωτογραφία από τη Μαρία Τσάβες

Άλλες ομάδες που ασχολούνται με τη βιογραφική

BUGSS - Βαλτιμόρη

Κοντινό πλάνο μιας εκτύπωσης φωτοπολυμερούς κατασκευασμένης με βιοσυμβατή ρητίνη BUGGS. BUGGS

Το Baltimore Underground Science Space κατασκευάζει επί του παρόντος μια κλήση πλατφόρμας 3DP.BIO που στοχεύει να συνδέσει επιστήμονες, μηχανικούς και σχεδιαστές για να επιταχύνει την έρευνα και την ανάπτυξη. Εστιάζουν στους εκτυπωτές ρητίνης, αναπτύσσοντας το λογισμικό ελέγχου μαζί με μια βιοσυμβατή ρητίνη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή 3D ικριωμάτων για ανάπτυξη κυττάρων.

London Biohackspace

Το JuicyPrint χρησιμοποιεί το G. hansenii και το χυμό για να κάνει χρήσιμα σχήματα από βακτηριακή κυτταρίνη. Φωτογραφία από τον Alasdair Allan

Η μηχανή JuicyPrint του Λονδίνου Biohackspace εκτυπώνει χρησιμοποιώντας το Gluconacetobacter hansenii, ένα βακτήριο που αναπτύσσεται εύκολα χρησιμοποιώντας χυμούς φρούτων ως πηγή τροφής. Ο G. hansenii παράγει ένα στρώμα βακτηριακής κυτταρίνης, ένα ισχυρό και εξαιρετικά ευπροσάρμοστο βιοπολυμερές. Ωστόσο, τα βακτήρια έχουν τροποποιηθεί γενετικά ώστε να μην είναι σε θέση να παράγουν κυτταρίνη κάτω από μια πηγή φωτός. Με το να λάμπει διαφορετικά πρότυπα φωτός σε διαδοχικά στρώματα της καλλιέργειας, η δομή του τελικού προϊόντος μπορεί να χειριστεί, οδηγώντας σε χρήσιμα σχήματα από κυτταρίνη.

Pelling Lab

Pull Lab του "Apple αυτιά" κατά τη διάρκεια της διαδικασίας decellularization. Φωτογραφία από τον Andrew Pelling

Ένας άλλος τρόπος για την ανάπτυξη ιστών ή οργάνων θα ήταν η χρήση μιας ήδη υπάρχουσας 3D δομής σαν ικρίωμα για τα κύτταρα. Ο Andrew Pelling περιγράφει τη διαδικασία: "Κόβετε ένα μήλο, το πλένετε με σαπούνι και νερό και στη συνέχεια το αποστειρώνετε. Αυτό που έχει απομείνει είναι ένα λεπτό πλέγμα κυτταρίνης μέσα στο οποίο μπορείτε να εισάγετε ανθρώπινα κύτταρα - και μεγαλώνουν. "Το εργαστήριό του κάνει τώρα αυτό για να αναπτύξει πρωτότυπα ανθρώπινου αυτιού.

Counter Labs

Η καρδιά φάντασμα Counter Culture Labs έχει μόνο συνδετικό ιστό - αφαιρείται όλο το κυτταρικό υλικό. Φωτογραφία από τον Patrik D'haeseleer

Γιατί να εκτυπώσετε 3D όταν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ήδη διαμορφωμένες φόρμες; Εν προκειμένω, το εκπληκτικό παράδειγμα ενός έργου καρδιάς χοίρου από το Oakland, Counter Labs της Καλιφόρνια.

Το κάνουν με την απομάκρυνση όλων των κυττάρων από ένα όργανο δότη - μια καρδιά του χοίρου - αφήνοντας μόνο τον συνδετικό ιστό για να γίνει ένα όργανο "φάντασμα". Στη συνέχεια, η ιδέα είναι να το επαναπληθώ με τα κύτταρα που θέλουν να αναπτυχθούν.



Μπορεί Να Σας Ενδιαφέρει

Παρακολουθήστε αυτό το DIY Star Wars Trailer με χαρτόνι και καλαμάκια

Παρακολουθήστε αυτό το DIY Star Wars Trailer με χαρτόνι και καλαμάκια


Αποφύγετε τα μαύρα συμπονετικά πλήθη: 8 σχέδια για να κάνετε με τα πράγματα που έχετε στο σπίτι

Αποφύγετε τα μαύρα συμπονετικά πλήθη: 8 σχέδια για να κάνετε με τα πράγματα που έχετε στο σπίτι


Παρακολουθήστε: Εδώ είναι πώς λειτουργεί ένα multi-barrel Nerf Blaster

Παρακολουθήστε: Εδώ είναι πώς λειτουργεί ένα multi-barrel Nerf Blaster


Marie Claire ζεύγη τυποποιημένα σχέδια PCB με πολυτελή κοσμήματα

Marie Claire ζεύγη τυποποιημένα σχέδια PCB με πολυτελή κοσμήματα