«Носимая техника» — именно такое называние дано «умным» электронным устройствам, о которых сейчас пойдёт речь. Главной их особенностью является то, что они наносятся непосредственно на кожу человека с помощью 3D-принтера или же изготавливаются с его помощью и в дальнейшем имплантируются в организм. Это изобретение открывает перед разработчиками в самых разных сферах весьма заманчивые и широкие перспективы, и самое главное — речь идёт не о каких-то космических технологиях, а о проектах, которые могут массово воплотиться в жизнь уже в ближайшем будущем! О чём же идёт речь?

Героями этой новости стали исследователи из Массачусетского технологического института, разработавшие и уже успешно испытавшие «живые» биочернила для 3D-принтера, которые в силах кардинально изменить текущее представление о возможностях технологии трёхмерной печати.
Чернила, изготовленные путём естественных бактериальных реакций, применяются для печати устройств, не использующих в работе электричество.
Чтобы продемонстрировать общественности состоятельность своей разработки, учёные генетически изменили бактерии так, чтобы биочернила для 3Д-принтера, изготовленные на их основе, светились под воздействием определённых химических сигналов. Происходит всё это примерно следующим образом: сперва изготавливаются сами чернила, компоненты которых превращают их в идеальную микросреду для живых организмов. К этой гидрогельной основе примешивается специальный фотосенсибилизатор, который отвечает за схватывание материала, микрогранулы из бактериальных клеток, а также деионизированная вода и питательные вещества.
Одним из ключевых моментов процесса приготовления чернил являлся правильный выбор подходящих бактерий, и сделать это удалось далеко не с первой попытки.
Те организмы, которые использовались раньше, попросту погибали в процессе печати по причине своей слабости. Когда же вместо клеток млекопитающих использовали клетки бактерий, цель наконец была достигнута, ведь стенки последних надёжно защищены и способны не только выдерживать давление при 3d-печати, но и преспокойно существовать в водной среде гидрогелей. Ну, а для получения возможности светиться при определённых условиях эти бактерии генетически модифицировали.
Первым удачным примером стали напечатанные на специальном 3d-принтере сложные, видимые невооружённым глазом трёхсантиметровые структуры с точностью 30 мкм. Таковыми были квадрат, купол, а также сплошная и полая пирамиды. Конструкции разрабатывались с помощью программ SOLIDWORKS и CADfusion, после чего их «нарезали» на слои и напечатали посредством трёхосевой технологии Aerotech.

Гидрогельные чернила, послужившие расходным материалом, подавались из специального шприца-экструдера, непроницаемого для ультрафиолетового света — последний, как вы понимаете, не особо приветствуется живыми бактериями. Сначала биочернила наносились трёхмерным принтером на специальную перекрёстную матрицу — это требуется для обеспечения жизнеспособности клеток и сохранности их способности реагировать на внешние раздражители. После этого путём облучения гидрогеля ультрафиолетом было создано химическое перекрестное соединение. В конце процесса гидрогельные чернила с уже сформированными поперечными связями поместили во влажную среду.
Для демонстрации умения созданных с помощью биочернил структур реагировать на определённые раздражители учёные изготовили пирамиду, состоящую из двух разных бактериальных штаммов.
Когда на неё воздействовали соответствующим химическим сигналом, одни части остались красными, другие же окрасились во флуоресцентный зелёный цвет.
К счастью, для печати обычных текстовых документов столь мудрёные расходные материалы не требуются — в ход идёт обычный тонер. Но и здесь есть свои проблемы: в частности, новые контейнеры с тонером стоят непомерно дорого. Удешевить процесс обслуживания печатающей техники довольно просто — нужно всего лишь покупать не весь тонер-блок, а только сам порошок, который засыпается в ранее использованный контейнер. Выгода очевидна: к примеру, заправка картриджа CF226A стоит всего 450 рублей.
Живые 3D-татуировки

Следующим наглядным примером стало применение в процессе 3Д-печати трёх видов гидрогельных чернил, созданных из разных штаммов бактерий. В этом случае была создана «живая татуировка», которая, будучи нанесённой на кожу, реагировала на соответствующие химические сигналы. Татуировка являла собой некий древовидный рисунок на эластомере, наклеенном на кожу. Каждая из трёх ветвей печаталась разными штаммами бактерий, которые реагировали на разные химические возбудители, создавая иллюзию движения.
Вычислительные операции с участием 3D-печати гидрогельными чернилами

Это ещё один вариант применения рассматриваемого изобретения, суть которого заключается в том, что вместо взаимодействия в микрочипе электронных компонентов программируется взаимодействие клеток и различных химических веществ, что создаёт логические вентили для осуществления булевских операций. Линии чернил наносятся в таком порядке, что вместо электронного ввода двоичным символам «0» или «1» соответствует наличие или отсутствие активных компонентов. То же самое происходит и при выводе полученного результата.
Медицинские перспективы гидрогельных чернил
Естественно, подобная разработка просто не может не найти себе достойное применение в медицине. Бактериальные клетки могут быть задействованы в качестве своеобразных «рабочих» на 3D-фабрике. Они могут быть подвержены генной модификации таким образом, чтобы научиться самостоятельно вырабатывать лекарства в 3Д-платформах, и в таком случае их практическое применение будет не ограничено одними лишь наносимыми на кожу устройствами. Также их можно будет использовать в качестве имплантатов, продуктов питания и в других целях.