Udskrivning af mikroelektrode array -sensorer på gummi slik

Mikroelektroder kan bruges til direkte måling af elektriske signaler i hjernen eller hjertet. Disse applikationer kræver bløde materialer, imidlertid. Med eksisterende metoder, fastgørelse af elektroder til sådanne materialer udgør betydelige udfordringer. Et team ved det tekniske universitet i München (TUM) er nu lykkedes med at printe elektroder direkte på flere bløde underlag.

Forskere fra TUM og Forschungszentrum Jülich er med succes gået sammen om at udføre inkjetprint på en gummibjørn. Dette kan i første omgang lyde som forskere på spil - men det peger på vej til store ændringer i medicinsk diagnostik. For én ting, det var ikke et billede eller et logo, som professor Bernhard Wolfrums team lagde på den sej slik, men snarere et mikroelektrode -array. Disse komponenter, består af et stort antal elektroder, kan registrere spændingsændringer som følge af aktivitet i neuroner eller muskelceller, for eksempel.

Sekund, gummy bjørne er bløde, hvilket er vigtigt, når man bruger mikroelektrode -arrays i levende celler. Mikroelektrodearrayer har eksisteret i lang tid. I deres oprindelige form, de bestod af hårde materialer såsom silicium. Dette resulterer i flere ulemper, når de kommer i kontakt med levende celler. I laboratoriet, deres hårdhed påvirker cellernes form og organisation, for eksempel. Og inde i kroppen, de hårde materialer kan udløse betændelse eller tab af organfunktioner.

Når elektrode -arrays placeres direkte på bløde materialer, disse problemer undgås. Dette har udløst intensiv forskning i sådanne løsninger. Indtil nu, de fleste initiativer har brugt traditionelle metoder, der er tidskrævende og kræver adgang til dyre specialiserede laboratorier. "Hvis du i stedet udskriver elektroderne, du kan producere en prototype relativt hurtigt og billigt. Det samme gælder, hvis du skal omarbejde det, "siger Bernhard Wolfrum, Professor i neuroelektronik på TUM. "Hurtig prototyping af denne art sætter os i stand til at arbejde på helt nye måder."

Wolfrum og hans team arbejder med en højteknologisk version af en inkjetprinter. Selve elektroderne er trykt med kulstofbaseret blæk. For at forhindre sensorerne i at opfange vildfarne signaler, et neutralt beskyttende lag tilsættes derefter til carbonbanerne.

Forskerne testede processen på forskellige underlag, herunder polydimethylsiloxan (PDMS), en blød form af silicium; agarose, et stof, der almindeligvis bruges i biologiske eksperimenter; og endelig, forskellige former for gelatine, herunder en gummibjørn, der først blev smeltet og derefter fik lov til at hærde. Hvert af disse materialer har egenskaber, der er egnede til visse anvendelser. For eksempel, gelatinebehandlede implantater kan reducere uønskede reaktioner i levende væv.

Gennem forsøg med cellekulturer, teamet kunne bekræfte, at sensorerne leverer pålidelige målinger. Med en gennemsnitlig bredde på 30 mikrometer, de tillader også målinger på en enkelt celle eller blot et par celler. Dette er svært at opnå med etablerede udskrivningsmetoder.

"Vanskeligheden er at finjustere alle komponenterne-både den tekniske opsætning af printeren og sammensætningen af ​​blækket, "siger Nouran Adly, undersøgelsens første forfatter. "I tilfælde af PDMS, for eksempel, vi måtte bruge en forbehandling, vi udviklede, bare for at få blækket til at klæbe til overfladen. "

Trykte mikroelektroderarrays på bløde materialer kan bruges på mange forskellige områder. De egner sig ikke kun til hurtig prototyper inden for forskning, men kan også ændre måden, patienter behandles på. "I fremtiden, lignende bløde strukturer kunne bruges til at overvåge nerve- eller hjertefunktioner i kroppen, for eksempel, eller endda tjene som pacemaker, "siger professor Wolfrum. I øjeblikket arbejder han sammen med sit team for at udskrive mere komplekse tredimensionelle mikroelektroderarrays. De studerer også printbare sensorer, der reagerer selektivt på kemiske stoffer, og ikke kun spændingsudsving.