Chercheurs du Centre de recherche scientifique avancée du Graduate Center, CUNY (CUNY ASRC) et Northwestern University ont créé une imprimante 4D capable de construire des surfaces à motifs qui recréent la complexité des surfaces cellulaires. La technologie, détaillé dans un article récemment publié dans Communication Nature , permet aux scientifiques de combiner la chimie organique, science des surfaces, et la nanolithographie pour construire des surfaces à nanomotifs conçues avec précision qui sont décorées avec des molécules organiques ou biologiques délicates. Les surfaces auront une grande variété d'utilisations, y compris dans la recherche sur les médicaments, développement de biocapteurs, et optique avancée. Surtout, cette technologie permet de créer des surfaces avec différents matériaux, et ces matériaux peuvent être modelés sur toute la surface sans l'utilisation de photomasques coûteux ou de processus fastidieux en salle blanche.

"On me demande souvent si j'ai utilisé cet instrument pour imprimer un produit chimique spécifique ou préparer un système particulier, " a déclaré le chercheur principal de l'étude, Adam Braunschweig, membre du corps professoral de la CUNY ASRC Nanoscience Initiative et des départements de chimie du Graduate Center et du Hunter College. "Ma réponse est que nous avons créé un nouvel outil pour effectuer de la chimie organique sur les surfaces, et son utilisation et son application ne sont limitées que par l'imagination de l'utilisateur et sa connaissance de la chimie organique."

La méthode d'impression, appelé Polymer Brush Hypersurface Photolithographie, combine la microfluidique, photochimie organique, et la nanolithographie avancée pour créer une imprimante sans masque capable de préparer des matrices multiplexées de matière organique et biologique délicate. Le nouveau système surmonte un certain nombre de limitations présentes dans d'autres techniques d'impression de biomatériaux, permettant aux chercheurs de créer des objets 4-D avec une matière structurée avec précision et une composition chimique adaptée à chaque voxel, une capacité que les auteurs appellent « lithographie hypersurface ».

"Les chercheurs ont travaillé à l'utilisation de techniques lithographiques pour modeler les surfaces avec des biomolécules, mais à ce jour, nous n'avons pas développé de système suffisamment sophistiqué pour construire quelque chose d'aussi compliqué qu'une surface cellulaire, " a déclaré Daniel Vallès, un Centre d'études supérieures, Doctorant CUNY dans le laboratoire de Braunschweig. "Nous envisageons d'utiliser ce système pour assembler des cellules synthétiques qui permettent aux chercheurs de reproduire et de comprendre les interactions qui se produisent sur les cellules vivantes, ce qui conduira au développement rapide de médicaments et d'autres technologies bioinspirées."

Comme preuve de concept, les chercheurs ont imprimé des motifs de brosse en polymère en utilisant des doses précises de lumière pour contrôler la hauteur du polymère à chaque pixel. Comme l'illustre l'image de Lady Liberty, la coordination entre la microfluidique et la source lumineuse contrôle la composition chimique à chaque pixel.

"La chimie des polymères fournit un ensemble d'outils si puissant, et les innovations dans la chimie des polymères ont été les principaux moteurs de la technologie au cours du siècle dernier, " a déclaré le co-auteur de l'article Nathan Gianneschi, qui est le professeur de chimie Jacob &Rosaline Cohn, Science et génie des matériaux, et génie biomédical à la Northwestern University. "Ce travail étend cette innovation aux interfaces où des structures arbitraires peuvent être réalisées de manière hautement contrôlée, et d'une manière qui nous permet de caractériser ce que nous avons fabriqué et de le généraliser à d'autres polymères."

"Cet article est un tour de force de démonstration de ce qui peut être fait avec des outils de lithographie massivement parallèles, " a déclaré Chad Mirkin, George B. Rathmann, Professeur de chimie et directeur de l'Institut international de nanotechnologie du Weinberg College of Arts and Sciences de la Northwestern University, qui n'est pas co-auteur de l'étude. "Les co-auteurs ont créé un ensemble puissant de capacités qui devraient être fortement utilisées dans toute la chimie, science matérielle, et les communautés biologiques.

Les chercheurs prévoient de poursuivre le développement de cette nouvelle plate-forme d'impression pour augmenter la vitesse du système, réduire les dimensions en pixels, et développer de nouvelles chimies pour augmenter la portée des matériaux qui peuvent être modelés. Actuellement, ils utilisent les modèles créés par cette plate-forme pour comprendre les interactions subtiles qui dictent la reconnaissance dans les systèmes biologiques.