Drukowanie 3D za pomocą magnesów w mikrograwitacji

Nowa metoda, która obejmuje badanie lewitacji magnetycznej w warunkach mikrograwitacji, została przeprowadzona przez firmę 3D Bioprinting Solutions we współpracy z innymi rosyjskimi i zagranicznymi naukowcami, w tym ze Wspólnym Instytutem Wysokich Temperatur Rosyjskiej Akademii Nauk (JIHT RAS ).

"W okresie od 2010 do 2017 r. przeprowadzono serię eksperymentalnych badań na rosyjskim odcinku orbitalnym Międzynarodowej Stacji Kosmicznej za pomocą urządzenia eksperymentalnego Coulomb Crystal" - powiedział Mikhail Vasiliev, szef laboratorium diagnostyki pylistej plazmy w JIHT RAS. "Głównym elementem urządzenia jest elektromagnes, który tworzy specjalne niejednorodne pole magnetyczne, w którym struktury cząstek diamagnetycznych (są namagnesowane w kierunku przeciwnym do kierunku pola magnetycznego) mogą być formowane w warunkach mikrograwitacji."

Badania zostały udokumentowane w artykule zatytułowanym "Bez rusztowań, bez etykiet i bezfiltrowej technologii biofabrykacji z użyciem magnetycznego zestawu lewitacyjnego", do której można uzyskać dostęp. W badaniu naukowcy opisują, jak małe naładowane cząstki zachowują się w polu magnetycznym o specjalnym kształcie w warunkach mikrograwitacji lub zerowej grawitacji. Opracowali również model matematyczny tego procesu w oparciu o metody dynamiki molekularnej. Wyniki te wyjaśniają, jak uzyskać jednorodne i rozszerzone trójwymiarowe struktury składające się z tysięcy cząstek.

Konwencjonalne metody magnetycznego bioprogramowania 3D miały kilka ograniczeń związanych z grawitacją. Istnieje kilka sposobów na zmniejszenie mocy sił grawitacyjnych, z których jedna polega na zwiększeniu mocy magnesów sterujących polem magnetycznym. Będzie to jednak wymagało o wiele bardziej złożonego bioprintera. Innym sposobem jest zmniejszenie grawitacji, która jest metodą stosowaną przez naukowców z 3D Bioprinting Solutions. Metoda ta nazywa się trójwymiarowym biofakcjonalnym formatywnym, który tworzy trójwymiarowe struktury biologiczne natychmiast ze wszystkich stron, a nie w warstwach.

Naukowcy zastosowali dane eksperymentalne i wyniki modelowania matematycznego uzyskane przez Naukowcy JIHT RAS w celu kontrolowania kształtu struktur

"Wyniki eksperymentu kryształowego Coulomba w badaniu powstawania struktur uporządkowanych przestrzennie doprowadziły do ​​opracowania nowej metody formowania 3 -D biofekcja tkankowych struktur opartych naprogramowalne samodzielne składanie się z żywych tkanek i narządów w warunkach grawitacji i mikrograwitacji za pomocą niejednorodnego pola magnetycznego ", powiedział Vasiliev.

Biopraciarze wykorzystujący tę nową technologię będą mogli tworzyć konstrukty biologiczne, które może być wykorzystywany do wielu celów, w tym do szacowania niekorzystnego wpływu promieniowania kosmicznego na zdrowie astronautów podczas długotrwałych misji kosmicznych. Powinien także być w stanie przywrócić funkcję uszkodzonych tkanek i narządów.

Autorami artykułu są Vladislav A. Parfenov, Elizaveta V. Koudan, Elena A. Bulanova, Pavel A. Karelkin, Frederico DAS Pereira Nikita E. Norkin, Alisa D. Knyazeva, Anna A. Gryadunova, Oleg F. Petrov, Michaił M. Wasiljew, Maxim I. Myasnikov, Valery P. Chernikov, Vladimir A. Kasyanov, Artem Yu Marchenkov, Kenn Brakke, Yusef D Khesuani, Utkan Demirci i Vladimir A. Mironov.