Tattoo-Technik überträgt Gold-Nanomuster auf lebende Zellen

Eine Anordnung von Gold-Nanopunkten wurde auf eine lebende Fibroblastenzelle "tätowiert"

15.08.2023 - USA

Noch existieren Cyborgs nur in der Fiktion, aber das Konzept wird mit dem Fortschritt der Wissenschaft immer plausibler. Jetzt berichten Forscher in den Nano Letters von ACS, dass sie eine Proof-of-Concept-Technik entwickelt haben, um lebende Zellen und Gewebe mit flexiblen Arrays aus Gold-Nanopunkten und Nanodrähten zu "tätowieren". Bei weiterer Verfeinerung könnte diese Methode schließlich zur Integration intelligenter Geräte in lebendes Gewebe für biomedizinische Anwendungen wie Bionik und Biosensorik eingesetzt werden.

Die Fortschritte in der Elektronik haben es den Herstellern ermöglicht, integrierte Schaltungen und Sensoren mit einer Auflösung im Nanobereich herzustellen. In jüngerer Zeit haben der Laserdruck und andere Techniken den Zusammenbau flexibler Geräte ermöglicht, die sich an gekrümmte Oberflächen anpassen können. Bei diesen Verfahren werden jedoch häufig aggressive Chemikalien, hohe Temperaturen oder extreme Drücke verwendet, die mit lebenden Zellen nicht vereinbar sind. Andere Methoden sind zu langsam oder haben eine schlechte räumliche Auflösung. Um diese Nachteile zu vermeiden, wollten David Gracias, Luo Gu und Kollegen eine ungiftige, hochauflösende lithografische Methode entwickeln, um Nanomaterialien an lebendes Gewebe und Zellen anzubringen.

Das Team verwendete die Nanoimprint-Lithografie, um ein Muster aus Goldlinien oder -punkten im Nanomaßstab auf einen polymerbeschichteten Siliziumwafer zu drucken. Das Polymer wurde dann aufgelöst, um das Gold-Nanoarray freizulegen, so dass es auf ein dünnes Stück Glas übertragen werden konnte. Anschließend wurde das Gold mit Cysteamin funktionalisiert und mit einer Hydrogelschicht überzogen, die, wenn sie abgezogen wurde, die Anordnung vom Glas löste. Die gemusterte Seite dieser flexiblen Array-/Hydrogelschicht wurde mit Gelatine beschichtet und mit einzelnen lebenden Fibroblastenzellen verbunden. In einem letzten Schritt wurde das Hydrogel abgebaut, um das Goldmuster auf der Oberfläche der Zellen freizulegen. Die Forscher verwendeten ähnliche Techniken, um Gold-Nanoarrays auf Fibroblastenblätter oder Rattengehirne aufzubringen. Die Experimente zeigten, dass die Arrays biokompatibel waren und die Orientierung und Migration der Zellen steuern konnten.

Den Forschern zufolge könnte ihr kosteneffizienter Ansatz verwendet werden, um andere nanoskalige Komponenten wie Elektroden, Antennen und Schaltkreise an Hydrogelen oder lebenden Organismen anzubringen, wodurch sich Möglichkeiten für die Entwicklung von biohybriden Materialien, bionischen Geräten und Biosensoren eröffnen.

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