La tecnologia microfluidica è diventata sempre più importante in molti campi scientifici come la medicina rigenerativa, la microelettronica e le scienze ambientali. Tuttavia, le tecniche di microfabbricazione convenzionali devono affrontare limitazioni in termini di scala e nella costruzione di reti complesse. Questi ostacoli si aggravano quando si tratta di costruire reti microfluidiche 3D più complesse.
Ora, i ricercatori dell’Università di Kyushu hanno sviluppato una nuova e conveniente tecnica per costruire reti microfluidiche 3D così complesse. Il loro strumento? Piante e funghi. Il team ha sviluppato un terreno “terreno” utilizzando nanoparticelle di vetro (silice) e un agente legante a base di cellulosa, quindi ha consentito a piante e funghi di farvi crescere le radici. Dopo che le piante sono state rimosse, sul vetro è stata lasciata una complessa rete microfluidica 3D di fori cavi di dimensioni micrometriche dove una volta c’erano le radici.
Il nuovo metodo può essere utilizzato anche per osservare e preservare strutture biologiche 3D che sono tipicamente difficili da studiare nel suolo, aprendo nuove opportunità per la ricerca nella biologia delle piante e dei funghi. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Rapporti scientifici.
“La motivazione principale di questa ricerca era superare i limiti delle tecniche di microfabbricazione convenzionali nella creazione di complesse strutture microfluidiche 3D. Il focus del nostro laboratorio è la biomimetica, dove cerchiamo di risolvere problemi di ingegneria guardando alla natura e replicando artificialmente tali strutture”, spiega Il professor Fujio Tsumori della Facoltà di Ingegneria dell’Università di Kyushu, che ha guidato lo studio. “E quale miglior esempio di microfluidica in natura delle radici delle piante e delle ife fungine? Quindi, abbiamo deciso di sviluppare un metodo in grado di sfruttare i modelli di crescita naturale di questi organismi e creare reti microfluidiche ottimizzate.”
I ricercatori hanno iniziato sviluppando una miscela simile a un “terreno” in cui far crescere le piante, ma invece della terra, hanno combinato il mezzo di crescita con nanoparticelle di vetro di diametro inferiore a 1 μm con idrossipropilmetilcellulosa come agente legante. Hanno quindi seminato questa miscela di “terreno” e hanno aspettato che le piante mettessero radici. Dopo aver confermato la corretta crescita delle piante, il “terreno” è stato cotto lasciando solo il vetro con le cavità delle radici.
“Il processo si chiama sinterizzazione, che aggrega insieme le particelle fini in uno stato più solido. È simile alla metallurgia delle polveri nella produzione della ceramica”, continua Tsumori. “In questo caso è la pianta che fa la modellatura.”
Il loro metodo è stato in grado di replicare le complesse strutture biologiche delle radici principali di una pianta che possono avere un diametro fino a 150 μm, e fino ai peli radicali che possono avere un diametro di circa 8 μm. Test con altri organismi hanno dimostrato che il metodo può persino replicare la struttura radicale dei funghi, chiamata ife.
“Le ife sono ancora più sottili e possono avere un diametro di 1-2 μm. È più sottile di un singolo filo di seta di ragno”, afferma Tsumori.
Il team spera che la loro nuova tecnica di fabbricazione microfluidica di ispirazione bio possa essere utilizzata in vari campi della scienza e dell’ingegneria, portando potenzialmente a microreattori più efficienti, scambiatori di calore avanzati e scaffold innovativi per l’ingegneria tissutale.
“Nelle scienze biologiche, questa tecnica fornisce uno strumento unico per studiare le complesse strutture 3D delle radici delle piante e delle reti fungine, che possono far progredire la nostra comprensione degli ecosistemi del suolo”, conclude Tsumori. “Collegando i sistemi biologici e l’ingegneria, la nostra ricerca ha il potenziale per aprire la strada a nuove tecnologie e scoperte scientifiche.”
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
