3D-печать представляет собой инновационную технологию, способную кардинально изменить подходы к обработке материалов. Инженеры и ученые стремятся к созданию устройств, способных манипулировать отдельными молекулами и атомами, что открывает перспективы внедрения передовых концепций в различные отрасли промышленности.
На сегодняшний день наиболее распространенным методом 3D-печати является экструзия, при которой расплавленный материал подается через сопло и затвердевает. Несмотря на существование альтернативных технологий, таких как фотополимеризация и лазерная наплавка, метод экструзии остается доминирующим в данной области.
Особое внимание заслуживают биопринтеры — специализированные устройства, предназначенные для работы с живыми клетками. Эти устройства позволяют создавать сложные биологические структуры, такие как органы и их компоненты, в ограниченном объеме. В Университете Макгилла в Канаде ведутся исследования по разработке сверхтонких и экономичных биоразлагаемых сопел для биопринтеров, что является важным шагом к повышению эффективности и экологичности данной технологии.
Исследования природных биомиметических структур, таких как внутренние сосуды растений, жала насекомых, клыки змей и хоботки кровососущих насекомых, привлекают внимание ученых благодаря их уникальным функциональным характеристикам. Например, хоботок комара, состоящий из шести игл, обладает высокой точностью и адаптивностью, что делает его перспективным объектом для биопечати.
Ученые адаптировали хоботок комара для создания сверхточных сопел, используемых в биопечати. Внутренний диаметр хоботка составляет всего 20 микрометров, что значительно меньше диаметра лучших коммерческих наконечников. Жесткая структура хоботка обеспечивает стабильность печати, а его стенки выдерживают давление до 60 килопаскалей, сравнимое с пластиком. Эти характеристики позволяют подавать через хоботок густые биочернила, что открывает новые возможности для создания микроструктур шириной всего 20 микрометров.
Для реализации этой идеи была разработана специализированная установка, названная "некропринтер", в которой хоботок комара используется в качестве наконечника. Это устройство позволяет создавать биокаркасы для клеточного роста и микроструктуры с высокой степенью точности. В перспективе планируется исследовать другие природные материалы для разработки более прочных или высокоточных сопел, что будет способствовать дальнейшему развитию биопечати.
История технических инноваций нередко черпает вдохновение в биологических системах. Самолеты напоминают птиц, подводные лодки — китов, а вертолеты — стрекоз. В последние годы инженеры все чаще обращаются к принципам биомеханики, создавая роботов в виде медуз и актиний для океанических исследований, а также коптеры с птичьими лапами для посадки на ветви и провода. Использование хоботков комаров для биопечати является ярким примером того, как биомиметика может привести к созданию новых технологий с уникальными свойствами, пишет источник.