Технический исследовательский центр Финляндии VTT (VTT Technical Research Centre of Finland), Технологический университет Тампера (Tampere University of Technology) и акционерное общество Nanofoot Finland Oy разработали способ трехмерного формирования биоматериалов на основе метода прямой записи лазерным лучом (direct-write technology). Данная методика позволяет изготавливать нано- и микроразмерные структуры, которые могут быть использованы в качестве платформ для выращивания тканей. Проект финансируется исследовательской программой BioneXt Tampere.
Новый процесс основан на использовании ультракоротких световых импульсов лазера. Излучение, сфокусированное внутри материала, пригодного для фотополимеризации, инициирует реакцию, в которой два фотона поглощаются одновременно, что приводит к полимеризации материала. Одним из преимуществ так называемого процесса двухфотонной полимеризации является то, что формирование происходит в объеме жидкой фазы материала и полимеризация ограничена непосредственно размерами точки воздействия импульса лазера, диметр которой может быть много меньше 1 микрона. Обычно используемый в процессах такого рода ультрафиолетовый свет полимеризует материал по всей длине действия лазерного луча, что делает невозможным формирование очень мелких трехмерных объектов. Двухфотонный процесс полимеризации не нуждается в использовании специальных фотолитографических масок, так как структура формируется непосредственно в объеме жидкой фазы.
Высокоточные структуры из биоматериалов предполагается использовать в качестве платформ для выращивания клеточных культур, поскльку характерные размеры структур соответсвуют размерам выращиваемых клеток. До сих пор самая небольшая трехмерная структура, созданная при реализации этого проекта имела 700 нанометров в ширину. Клетка эпителия, к примеру, имеет диаметр 11000 – 12000 нм, а размеры вируса колеблются в пределах 10 – 100 нм. Созданные структуры могут быть изготовлены из биоразложимых материалов и, следовательно, являются биосовместимыми. Этот процесс может также использоваться при создании других типов устройств, например, оптических волноводов, фотокристаллов и микроструйных каналов.
Другим преимуществом этого процесса является возможность использования недорогих маломощных лазеров. Исследовательские группы, как правило, используют весьма дорогостоящие фемтосекундные титано-сапфировые импульсные лазеры. В этом проекте использованы более дешевые пикосекундные лазеры. Насколько известно, существует только одна исследовательская группа в США, которая добилась успеха в области полимеризации биоматериалов путем использования подобных систем.
Проект реализуется в рамках междисциплинного сотрудничества. Исследователь Санна Пелтола (Sanna Peltola) из Института биоматериалов Технологического университета Тампера (the Institute of Biomaterials) несет ответственность за разработку материалов, а исследовательская группа профессора Юуко Виитанена (Jouko Viitanen) из VTT - за разработку лазерной системы. Необходимые условия для выращивания стволовых клеток были определены исследователями Университета Тампера. Акционерное общество Nanofoot Finland занимается коммерциализацией этого проекта.
