“Hình xăm sống” có thể phát sáng để cảnh báo ô nhiễm

Hình xăm được chia thành các phần có chứa vi khuẩn sống, có khả năng phát huỳnh quang khi tiếp xúc với các hợp chất đặc biệt. Khi miếng dán trên da tiếp xúc với những chất này, vi khuẩn nhận biết hóa chất khiến các cành cây trên hình xăm sáng lên.

Những nghiên cứu và cải tiến vật liệu nhạy cảm với kích thích để biến chúng thành vật liệu thông minh đã diễn ra trong nhiều thập kỷ. Ví dụ, một vật liệu phản ứng với nhiệt có thể được sử dụng để tạo ra robot tự lắp ráp hoặc robot di chuyển. Và một vật liệu có khả năng phản ứng với hóa chất thì được sử dụng như một cảm biến hóa học.

Chúng ta đều biết rằng, in 3D là một phương pháp dễ dàng để tạo ra các vật thể có thể điều chỉnh được với chi phí thấp. Vì vậy, nó được các nhà khoa học vô cùng ưa chuộng khi họ muốn tạo ra những vật thể thí nghiệm trong các thiết lập trong phòng thí nghiệm – bao gồm cả việc tạo ra những vật liệu nhạy cảm với kích thích.

Tạo ra hình xăm "sống" (Ảnh: Advanced Materials)

Một nhóm các kỹ sư do giáo sư Xuanhe Zhao ở  Viện Công nghệ Massachusetts MIT dẫn đầu, đã nhận ra rằng: họ có thể sử dụng các tế bào sống trong vật liệu in 3D. 

Những nghiên cứu trước đây về lĩnh vực này đã cho biết: các tế bào của động vật có vú sẽ không thể hoạt động theo cách mà các nhà khoa học ở MIT mong đợi. Chúng không thể tồn tại trong điều kiện khắc nghiệt của quá trình in 3D, chẳng hạn như sức ép trong quá trình vật thể bị đẩy ra ngoài hay tiếp xúc với tia cực tím trong quá trình liên kết chéo – đây là phương pháp thông thường để tạo ra các vật liệu in 3D.

Ông Hyunwoo Yuk - đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết: "Trong quá trình làm thí nghiệm chúng tôi phát hiện ra rằng, những tế bào này bị chết dần trong suốt quá trình in. Bởi vì các tế bào động vật có vú chủ yếu được cấu tạo từ các bong bóng có lớp lipit kép đơn giản. Chúng quá yếu và dễ bị phá vỡ”.

Mặt khác, các tế bào vi khuẩn còn có những thành tế bào bảo vệ, vì vậy càng khó khăn hơn để sử dụng chúng trong việc chế tạo vật liệu. Tuy nhiên, những tế bào này tương thích với hầu hết hydrogel - vật liệu làm từ nước và polymer được sử dụng cho nhiều ứng dụng trong phòng thí nghiệm và y tế.

Dựa vào đó, nhóm nghiên cứu đã tìm ra cách để sử dụng các tế bào vi khuẩn được lập trình di truyền có khả năng phát huỳnh quang khi phản ứng với hóa chất. Các nhà khoa học đã phát triển một loại mực làm bằng hydrogel, tế bào, và một hỗn hợp chất dinh dưỡng để giữ cho tế bào sống sót.

Loại mực in này cho kết quả rất tốt, chúng có thể dùng để in vật thể có độ phân giải cao đến 30 micrometres. Nhóm nghiên cứu đã in mẫu thử nghiệm lên một chất đàn hồi, sau đó dán nó lên da. Sau vài giờ, các bộ phận của mô hình cây sáng lên khi vi khuẩn lần lượt tiếp xúc với các kích thích hóa học.

Các nhà nghiên cứu cũng đã thiết kế các tế bào vi khuẩn có khả năng “liên lạc” với nhau và phát huỳnh quang khi chúng nhận được một tín hiệu nhất định từ tế bào khác. Họ đã thử nghiệm cấu trúc 3D này bằng cách kết hợp sợi hydrogel với lớp màng phủ thủy tinh hai lớp được in 3D. Hình xăm chỉ phát sáng nơi chúng tiếp xúc với các tế bào và khi nhận được tín hiệu “liên lạc”.

Nhà nghiên cứu Yuk nói: "Đây là một dự án rất có tiềm năng trong tương lai, chúng tôi hy vọng có thể in những nền tảng tính toán “sống” mà chúng ta có thể mang theo bên người”. Trong một kế hoạch ngắn hạn, nhóm nghiên cứu đang tìm cách sản xuất các cảm biến hóa học cũng như hệ thống phân phối thuốc được lập trình để vận chuyển thuốc hoặc glucose vào trong cơ thể.

Hình xăm "sống" có nhiều ứng dụng và có thể được sử dụng để phát hiện các chất gây ô nhiễm trong môi trường hoặc những thay đổi về nhiệt độ cơ thể, độ pH.

Nghiên cứu được tài trợ bởi Văn phòng Nghiên cứu Hải quân, Quỹ khoa học quốc gia, Viện Y tế Quốc gia và Viện Công nghệ Nano quân đội ở MIT. Nghiên cứu đã được xuất bản trên tạp chí Advanced Materials.