Forskere designer nyt blæk til 3D-printbar, bærbar bioelektronik

Fleksibel elektronik har muliggjort design af sensorer, aktuatorer, mikrofluidik og elektronik på fleksible, konforme og/eller strækbare underlag til bærbare, implanterbare eller indtagelige applikationer. Disse enheder har dog meget forskellige mekaniske og biologiske egenskaber sammenlignet med menneskeligt væv og kan derfor ikke integreres med den menneskelige krop.

Et team af forskere ved Texas A&M University har udviklet en ny klasse af biomateriale-blæk, der efterligner naturlige karakteristika af stærkt ledende menneskeligt væv, ligesom hud, som er afgørende for, at blækket kan bruges til 3D-print.

Dette biomateriale blæk udnytter en ny klasse af 2D nanomaterialer kendt som molybdændisulfid (MoS₂ ). Den tynde lagstruktur af MoS₂ indeholder defektcentre for at gøre det kemisk aktivt og kombineret med modificeret gelatine for at opnå en fleksibel hydrogel, der kan sammenlignes med strukturen af ​​Jell-O.

"Virkningen af ​​dette arbejde er vidtrækkende inden for 3D-print," sagde Akhilesh Gaharwar, lektor i Institut for Biomedicinsk Teknik og Presidential Impact Fellow. "Denne nydesignede hydrogelblæk er yderst biokompatibel og elektrisk ledende, hvilket baner vejen for den næste generation af bærbar og implanterbar bioelektronik."

Denne undersøgelse blev for nylig offentliggjort i ACS Nano .

Blækket har forskydningsfortyndende egenskaber, der falder i viskositet, når kraften øges, så det er fast inde i røret, men flyder mere som en væske, når det presses, svarende til ketchup eller tandpasta. Holdet inkorporerede disse elektrisk ledende nanomaterialer i en modificeret gelatine for at lave en hydrogelblæk med egenskaber, der er afgørende for at designe blæk, der befordrer 3D-print.

"Disse 3D-printede enheder er ekstremt elastomere og kan komprimeres, bøjes eller snoes uden at gå i stykker," sagde Kaivalya Deo, kandidatstuderende i biomedicinsk ingeniørafdeling og hovedforfatter af papiret. "Derudover er disse enheder elektronisk aktive, hvilket gør dem i stand til at overvåge dynamisk menneskelig bevægelse og baner vejen for kontinuerlig bevægelsesovervågning."

For at 3D-printe blækket har forskere i Gaharwar Laboratory designet en omkostningseffektiv, open source, multi-head 3D bioprinter, der er fuldt funktionel og kan tilpasses, kører på open source værktøjer og freeware. Dette giver også enhver forsker mulighed for at bygge 3D-bioprintere, der er skræddersyet til deres egne forskningsbehov.

Den elektrisk ledende 3D-printede hydrogel-blæk kan skabe komplekse 3D-kredsløb og er ikke begrænset til plane designs, hvilket giver forskere mulighed for at lave brugerdefinerbar bioelektronik skræddersyet til patientspecifikke krav.

Ved at bruge disse 3D-printere var Deo i stand til at udskrive elektrisk aktive og strækbare elektroniske enheder. Disse enheder demonstrerer ekstraordinære belastningsfølende egenskaber og kan bruges til at udvikle tilpassede overvågningssystemer. Dette åbner også op for nye muligheder for at designe strækbare sensorer med integrerede mikroelektroniske komponenter.

En af de potentielle anvendelser af det nye blæk er i 3D-print af elektroniske tatoveringer til patienter med Parkinsons sygdom. Forskere forestiller sig, at denne trykte e-tatovering kan overvåge en patients bevægelser, inklusive rystelser. + Udforsk yderligere

Brug af kolloide nanodiske til 3D-bioprint af væv og vævsmodeller