Адаптивная 3D-печать для манипуляции организмами в биоимиджинге и криоконсервации

Исследователи из Университета Миннесоты разработали первую в своём роде адаптивную систему 3D-печати, способную идентифицировать положение случайно распределённых организмов и безопасно перемещать их в заданные места для сборки. Эта автономная технология сэкономит время и деньги исследователей в областях биоимиджинга, кибернетики, криоконсервации и устройств, интегрирующих живые организмы.

Исследование опубликовано в Advanced Science под названием "3D Printed Organisms Enabled by Aspiration-Assisted Adaptive Strategies". Технология запатентована.

Система может отслеживать, собирать и точно позиционировать насекомых и другие организмы, будь они неподвижны, находятся в каплях или движутся. Метод "захвати и помести", управляемый данными машинного зрения и пространственными данными в реальном времени, адаптируется и обеспечивает точное размещение организмов.

"Принтер может действовать как человек: сам принтер — это руки, система машинного зрения — глаза, а компьютер — мозг", — сказал Губем Хан, первый автор статьи. "Принтер может адаптироваться в реальном времени к движущимся или неподвижным организмам и собирать их в определённый массив или узор".

Обычно этот процесс выполнялся вручную и требовал обширной подготовки, что могло приводить к несоответствиям в приложениях на основе организмов. Новая система сокращает время для исследователей и обеспечивает более стабильные результаты.

Эта технология может увеличить количество организмов, обрабатываемых для криоконсервации, сортировать живые организмы от мёртвых, размещать организмы на изогнутых поверхностях и интегрировать организмы с материалами и устройствами в настраиваемых формах.

Она также может заложить основу для создания сложных структур из организмов, таких как иерархии суперорганизмов — организованные структуры, встречающиеся в колониях насекомых, например, муравьёв и пчёл. Кроме того, исследование может привести к прогрессу в автономном биопроизводстве, сделав возможным оценку и сборку организмов.

Например, система была использована для улучшения методов криоконсервации эмбрионов рыбок данио, что ранее делалось вручную. С новой технологией исследователи смогли показать, что процесс можно завершить в 12 раз быстрее по сравнению с ручным методом. Другой пример демонстрирует, как адаптивная стратегия отслеживала, захватывала и размещала случайно движущихся жуков, интегрируя их с функциональными устройствами.

В будущем исследователи надеются продолжить совершенствовать эту технологию и объединить её с робототехникой для создания портативных систем для полевых исследований. Это позволит собирать организмы или образцы в труднодоступных областях.