_ Construirea rădăcinilor în sticlă, o abordare bio-inspirată pentru crearea de rețele microvasculare 3D folosind plante și ciuperci

Tehnologia microfluidică a devenit din ce în ce mai importantă în multe domenii științifice, cum ar fi medicina regenerativă, microelectronica și știința mediului. Cu toate acestea, tehnicile convenționale de microfabricare se confruntă cu limitări în scară și în construcția de rețele complexe. Aceste obstacole sunt agravate atunci când vine vorba de construirea de rețele microfluidice 3D mai complicate.

Acum, cercetătorii de la Universitatea Kyushu au dezvoltat o tehnică nouă și convenabilă pentru construirea unor astfel de rețele microfluidice 3D complexe. Instrumentul lor? Plante și ciuperci.

Echipa a dezvoltat un mediu de „sol” folosind nanoparticule de sticlă (silice) și un agent de legare pe bază de celuloză, apoi a permis plantelor și ciupercilor să crească rădăcini în el. După ce plantele au fost îndepărtate, sticla a fost lăsată cu o rețea microfluidică complexă 3D de găuri goale de dimensiuni micrometrice, unde rădăcinile au fost cândva.

Noua metodă poate fi utilizată și pentru observarea și conservarea structurilor biologice 3D care sunt de obicei dificil de studiat în sol, deschizând noi oportunități de cercetare în biologia plantelor și fungilor. Descoperirile lor au fost publicate în jurnalul Scientific Reports.

„Motivația principală pentru această cercetare a fost de a depăși limitările tehnicilor convenționale de microfabricare în crearea de structuri microfluidice 3D complexe. Obiectivul laboratorului nostru este biomimetica, unde noi încercați să rezolvați problemele de inginerie privind natură și reproducând artificial astfel de structuri”, explică profesorul Fujio Tsumori de la Facultatea de Inginerie a Universității Kyushu, care a condus studiul.

„Și ce exemplu mai bun de microfluidic în natură decât planta rădăcinile și hifele fungice. Deci, ne-am propus să dezvoltăm o metodă care ar putea valorifica modelele naturale de creștere ale acestor organisme și să creeze rețele microfluidice optimizate.”

Cercetătorii au început prin a dezvolta un amestec de „sol” pentru plantele în care să crească, dar în loc de murdărie, au combinat mediu de creștere cu nanoparticule de sticlă mai mici de 1 μm în diametru cu hidroxipropil metil celuloză ca agent de legare. Apoi au însămânțat acest amestec de „pământ” și au așteptat ca plantele să prindă rădăcini. După ce s-a confirmat creșterea reușită a plantelor, „solul” a fost copt, lăsând doar sticla cu cavități radiculare.

„Procedeul se numește sinterizare, care agregează particule fine într-o stare mai solidă. Este similar cu metalurgia pulberilor în fabricarea ceramicii”, continuă Tsumori. „În acest caz, planta este cea care face modelarea.”

Metoda lor a fost capabilă să reproducă structurile biologice complicate ale rădăcinilor principale ale unei plante, care pot avea până la 150 μm în diametru și până la capăt. până la ea firele de păr rădăcină care pot avea aproximativ 8 μm în diametru. Testele efectuate cu alte organisme au arătat că metoda poate replica chiar structura rădăcină a ciupercilor, numite hife.

„Hifele sunt chiar mai subțiri și pot avea un diametru de 1-2 μm. Este mai subțire decât o singură ciupercă. șuviță de mătase de păianjen”, spune Tsumori.

Echipa speră că noua lor tehnică de fabricare microfluidică bio-inspirată ar putea fi utilizată în diferite domenii ale științei și ingineriei, ceea ce poate duce la microreactoare mai eficiente, schimbătoare de căldură avansate, și schele inovatoare de inginerie tisulară.

„În științele biologice, această tehnică oferă un instrument unic pentru studiul structurilor complicate 3D ale rădăcinilor plantelor și ale rețelelor fungice, care ne pot avansa înțelegerea ecosistemelor solului”, conchide Tsumori. .

„Prin legături între sistemele biologice și inginerie, cercetarea noastră are potențialul de a deschide calea către noi tehnologii și descoperiri științifice.”

(Fluierul)