Почему именно комар?
mosquito вызывают у людей стойкую неприязнь: их укусы переносят болезни, ежегодно уносящие жизни порядка 600 тыс. человек, что делает насекомое «самым смертоносным животным» по глобальной статистике.
Но для инженеров ключевым стало другое: игольчатая геометрия и стабильная жёсткость хоботка самки.
Хоботок (пробосцис) обладает:
- прямой микроигольчатой формой и структурной устойчивостью под давлением потока;
- внутренним диаметром ≈ 20 мкм (меньше коммерческих лабораторных наконечников);
- жёсткостью биополимерного ядра, сопоставимой с обычными инженерными пластиками.
Ранее форма хоботка mosquito‑inspired microneedles уже вдохновляла создание искусственных микроигл для биопсии и диагностики рака. Новая работа идёт дальше — использует сам орган, собранный из стерилизованных лабораторных комаров.
Мрачная сторона индустрии 3D-биопечати
Дозирующие наконечники и сопла широко применяются:
- в 3D bioprinting;
- в лабораториях для микродозирования;
- в медицинских системах доставки.
Сегодня такие наконечники производят из металлов и пластика. Только в США их выпускают свыше 4 млрд в год, и они почти не биоразлагаемы.
Высокоточные металлические кончики с внутренним диаметром ≈ 35 мкм стоят > 80 USD за штуку, что ограничивает массовое использование.
Поиск идеального «естественного сопла»
Команда провела сравнительный скрининг животных отростков, включая:
- жало скорпиона,
- зубы змей,
- гарпунные структуры хищных улиток,
- жала насекомых.
Однако большинство природных «игл» были либо нестабильны по диаметру, либо слишком длинны/изогнуты, что приводило к скачкам давления и риску разрушения.
Хоботок самки лабораторного комара стал компромиссом по всем параметрам.
Как устроен некропринтер
Changhong Cao и коллеги разработали:
- Сбор и подготовка —
Замороженных лабораторных самок купают в спирте для стерилизации и затем аккуратно извлекают хоботок. - Интеграция сопла —
Биологический наконечник монтируется через кастомный адаптер к металлическому порту механического экструдера. Полимерная смола герметизирует стык, исключая утечку. - Механика печати —
Принтер использует вертикальную подвижную каретку для сопла и горизонтально перемещаемый стол-«канвас».
Результаты тестов
После калибровки скоростей потока и перемещения:
- Разрешение печати — линии шириной ≈ 20 мкм без разрыва нити.
- Демонстрации структур — надёжная печать:
- сотовых структур,
- формы «кленового листа»,
- вафельно-подобных оболочек с инкапсуляцией опухолевых и эритроцитарных клеток.
- Живые клетки — биочернила с раковыми или эритроцитами формировали клетконасыщенные конструкции, сохраняя их жизнеспособность и морфологию.
- Доставка в ткань — насыщенный гидрогелем хоботок осаждал микродозы в кожу свиньи, имитируя точечную терапевтическую доставку.
Экологичность и экономика
- Себестоимость выращивания 1 лабораторного комара — ≈ 0.02 USD.
- Стоимость такого био-наконечника — < 1 USD, включая монтаж.
- Стабильность геометрии — высокая повторяемость диаметра и толщины стенки между экземплярами.
- Хранение — до 9 дней на столе, и ≥ 1 года в заморозке без деградации канала.
Ограничения
- Рабочая температура сопла ограничена «комфортным диапазоном» для комаров (20–30 °C).
- Слишком высокая скорость потока и засоры могут вызвать разрыв хоботка из-за скачка давления.
- Резкие перемещения также повышают риск катастрофического разрушения.
Команда продолжает картирование термических и механических границ для повышения надёжности.
Что дальше
3D-некропринтинг намечает новый класс устойчивых биогибридных инструментов для:
- микродозирования в биолабах,
- высокодетальной биопечати,
- точечной доставки лекарств,
- и, возможно, решений для временных, биоразлагаемых сопел нового поколения.
Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
