Ученые создали из генетически модифицированных бактерий материал, которым можно печатать логические вентили и целые химические сенсоры, в том числе и наклеиваемые на руку, говорится в статье, опубликованной в журнале Advanced Materials. При этом материал можно использовать для печати сенсоров на 3D-принтере.

В последние несколько лет 3D-печать адаптировали не только для создания конструкций из пластика, металла и других материалов, но и для создания электроники, причем не только простых проводящих элементов. К примеру, таким методом научились создавать датчики растяжения или сжатия, а также другие сенсоры, при этом некоторые исследователи экспериментируют даже с материалами на основе бактерий.

Ученые под руководством Сюаньхэ Чжао (Xuanhe Zhao) из Массачусетского технологического института разработали материал для 3D-печати, который позволяет обнаруживать конкретные вещества с помощью бактерий. В его основе лежит гидрогель из нескольких компонентов: плюроника, служащего основой матрицы гидрогеля, фотоинициатора, связывающего компоненты гидрогеля после облучения ультрафиолетом, генетически модифицированных бактерий Escherichia coli (кишечная палочка), а также питательной среды для них.

Сенсор-татуировка для обнаружения трех веществ
Сенсор-татуировка для обнаружения трех веществ

Исследователи модифицировали E. coli таким образом, что она вырабатывает зеленый флуоресцентный белок в присутствии конкретных веществ, и создали модификации для обнаружения трех веществ. Они напечатали на 3D-принтере несколько простых объемных конструкций, а также наклейку-сенсор. Она представляет собой «дерево», напечатанное на тонкой биосовместимой полимерной подложке, которая легко приклеивается на кожу. «Дерево» состоит из трех частей, каждая из которых чувствительна к одному конкретному веществу. Исследователи продемонстрировали, что сенсор начинает флуоресцировать в течение нескольких десятков минут после добавления сигнального вещества.

Логические вентили на основе нового материала
Логические вентили на основе нового материала

Помимо этого ученые смогли создать на основе такого материала логические вентили, которые выполняя ту или иную логическую операцию преобразуют входные сигналы в выходной. Для этого они создали помимо модификаций бактерий, производящих флуоресцентный белок, также модификации, которые снижают его производство и модификации, производящие сигнальные вещества. За счет этого, а также специального расположения фрагментов с теми или иными бактериями, они получили вентили типов НЕ, И, ИЛИ и НЕ И.

Бактерии не впервые используются в качестве химических сенсоров. Весной 2017 года израильские ученые успешно испытали чувствительные к тринитротолуолу бактерии в качестве детекторов закопанных в землю мин. Они рассыпали на «минном поле» бусины с этими бактериями, и смогли обнаружить контейнеры с минами на расстоянии 20 метров. А другие ученые недавно разработали материал для 3D-печати, который также содержит бактерии, но в своей работе использовали бактерии, разлагающие фенол и вырабатывающие целлюлозу.