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生物学家开发3D打印鱼背包进行组织再生研究

文章来源:网络人气:863发表时间:2016-11-08 10:06:04

  对于生物学家来说,研究动物的生活习性是非常不容易的,因为这需要动物在某种程度上的配合。为此,生物学家通常在它们的耳朵、爪子或者皮肤上植入具备无线电传输、声学设备、蜂窝、卫星标签等跟踪设备。但是,动物是渺小的、脆弱的,其与电子产品环境不适合。但近日,来自新墨西哥州立大学的研究人员开发出来一个定制的3D打印的鱼背包,其目的是用来研究鱼组织里的再生溶液。

  可以肯定的是,生物学家已经在鱼身上植入了标签,以跟踪鱼的运动。但很多生物学家对更为复杂的数据感兴趣,如在细胞水平上的电活动。而今年夏季在意大利举行的IEEE医学与生物工程学会国际会议上,生物学教授GracielaUnguez首创了“鱼背包”概念,这是一个为期两年的研究项目,参与合作的还有当地的Visgence工程公司。据悉,生物学教授GracielaUnguez带领的团队中,包括有工程教授WeiTang和一个大学生团队。

  用过这次合作,这些特殊的3D打印鱼背包能够非常的紧贴鱼的身体,并且不破坏鱼的皮肤。“我们把它称为为背包,因为其本来就是。”Unguez说。“它像一个背包一样附在鱼的身上并随着鱼的运动进行移动。”这种背包是3D打印的非导电材料,并且这种小皮套能够使鱼进行各种各样的运动轨迹。

  虽然这个鱼背包的概念非常的简单,而且很酷,但其突破了水下研究的环境和设备的腐蚀等限制,这在以前是不可能实现的。据悉,该系统本身包含一个远程控制、一个刺激电路、一个强大的电池(持续超过100天),且其对神经科学的研究提供了宝贵的援助。“系统传感器和刺激电路设计领导者Tang说,”我们可以控制这些脉冲的振幅和重复频率。“

  佩戴特殊齿轮的第一条鱼是实验室的长尾刀鱼,其目的是帮助生物学家研究他们的神经系统与通过刺激变化的再生关系。”我正在研究的是神经系统对再生的作用,如果我们移除神经系统,它会回来?什么时候能愈合?“Unguez说。”因此,我们在它们自由游泳时提供不同的刺激,以观察对再生的影响。对我们来说,切断了的手指不可能再长出来,但我们想知道它们是怎么做到再生的,我们希望有一天能将此应用到其他的不同的动物中。“

  长尾鱼一般出现在美国南部和非洲的南半球,这是因为他们的放电感官,其可以在身体周围产生一个电场,这有助于鱼的再生细胞、组织和器官的生产,就像蜥蜴可以再生的尾巴一样。放电感官的细胞实际上是从鱼的骨骼肌上产生的,在没有任何外部操作下,它将会促进鱼的尾巴的一部分在受伤后进行组织恢复。由于3D打印的背包,unguez可以有效地通过背包的刺激器电路修改电活动,并从这些再生的实验数据收集电模式。

  当然,电是存在于每一个生物身体中的,并依赖于非常复杂的大脑电路。通过对鱼进行操纵,可以为再生研究提供线索。”我们可以尝试在不同类型的刺激下,对鱼的再生能力产生的影响,而不仅是恢复它的尾巴,甚至是改变骨骼肌和电动器官组织的性能,“Unguez说。”或许在不远的将来,我们有可能把我们的一些肌肉转换成一个电子器官,或一个完全不同的细胞类型。这只是一个电活动模式的一个问题,只需要给细胞不同的信号,告诉它做什么,什么不做,什么形状等等。“

  但潜在的这些3D打印的背包可以被用来同时跟踪多个鱼,或者它们可以连接到无线传感器上来研究整个鱼群的放电情况。”如果能够实现7*24小时的进行远程数据采集和记录,那就更好了!“Unguez说。”我们希望,我们的科学界的许多人可以看到这个装置对于属水下研究来说是一个不容错过的机会。“除了组织生成,未来还可对电路用于导航,择偶,沟通,寻找猎物和自卫进行研究。

  更重要的是,Unguez表示,同样的原理可以应用到生活在野外的各种其他研究目的的生物。”如果改变其柔韧性或弯曲度,然后我们会在海水中做试验。因此,我们将把它在那里测试不同的东西。“Unguez说。


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