In laser 3D bằng mực sinh học từ vi tảo

Một nhóm nghiên cứu quốc tế do GS.TS Eva Blasco tại Viện Kỹ thuật hệ thống phân tử và vật liệu tiên tiến (IMSEAM) thuộc Đại học Heidelberg ở Đức dẫn đầu, lần đầu tiên đã sản xuất thành công mực in các cấu trúc vi mô 3D tương thích sinh học phức tạp từ nguyên liệu thô được chiết xuất từ ​vi tảo. Vật liệu từ vi tảo có thể được sử dụng trong tương lai làm nền tảng cho mô cấy hoặc khung nuôi cấy tế bào 3D. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Advanced Materials.

Trong số các kỹ thuật sản xuất bồi đắp (additive manufacturing), in laser 3D hai photon mang lại những lợi thế đặc biệt cho sản xuất ở cấp độ vi mô và nano. Nhờ độ phân giải đáng chú ý, công nghệ này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm quang học và quang tử, vi lưu và y sinh học. Quy trình này liên quan đến việc chiếu chùm tia laser vào nhựa resin quang hoạt dạng lỏng, được gọi là “mực”. Tại điểm hội tụ, ánh sáng laser kích hoạt các phân tử đặc biệt được gọi là chất khởi tạo quang và kích hoạt phản ứng hóa học, khiến mực đông đặc cục bộ.

Cho đến nay, polyme gốc dầu mỏ chủ yếu được sử dụng làm mực cho quy trình in laser 3D với độ chính xác cao. Tuy nhiên, các polyme này góp phần làm cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch và phát thải khí nhà kính, đồng thời cũng có thể chứa các thành phần độc hại. Vi tảo đặc biệt phù hợp để sản xuất vật liệu bền vững cho in 3D do tốc độ sinh trưởng nhanh, khả năng cố định CO2 trong quá trình nuôi trồng và khả năng tương thích sinh học. GS.TS. Blasco cho rằng: “Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng vi tảo gần như không được coi là nguyên liệu thô cho in 3D dựa trên ánh sáng”.

Lần đầu tiên, nhóm nghiên cứu quốc tế đã chiết xuất được vật liệu tương thích sinh học để in laser 3D độ phân giải cao từ vi tảo. Trong thí nghiệm, các tác giả đã chọn hai loài gồm tảo cát Odontella aurita và tảo lục Tetraselmis striata, có chứa hàm lượng lipid đặc biệt cao dưới dạng triglyceride.

Các nhà nghiên cứu đã chiết xuất triglyceride và biến đổi bằng acrylate để thúc đẩy quá trình đông cứng nhanh trong điều kiện chiếu xạ của ánh sáng. Các sắc tố màu xanh lá cây có hoạt tính quang trong vi tảo, đã được chứng minh là phù hợp để làm chất khởi tạo quang. Khi tiếp xúc với ánh sáng, chúng kích hoạt phản ứng hóa học làm đông đặc mực thành cấu trúc ba chiều. Theo cách này sẽ tránh sử dụng các chất phụ gia gây độc như chất khởi tạo quang dùng trong mực thông thường.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng hệ thống mực mới để tạo ra các cấu trúc vi mô 3D khác nhau với độ chính xác cao, thể hiện các đặc điểm phức tạp như mái nhà nhô ra và các hốc. Thông qua các thí nghiệm nuôi cấy tế bào, các tác giả cũng đã nghiên cứu khả năng tương thích sinh học của mực từ vi tảo. Họ đã chuẩn bị các khung vi mô 3D trên đó các tế bào được nuôi cấy trong khoảng 24 giờ và quan sát thấy tỷ lệ sống sót gần 100%.

Kết quả nghiên cứu mở ra những khả năng mới không chỉ cho việc in 3D bền vững bằng ánh sáng mà còn cho các ứng dụng khoa học sự sống từ nuôi cấy tế bào 3D đến cấy ghép tương thích sinh học.

Theo: vista.gov.vn