Let udskrivning af biosensorer lavet af grafen

Cellebaserede biosensorer kan simulere effekten af ​​forskellige stoffer, såsom medicin, på menneskekroppen i laboratoriet. Afhængigt af måleprincippet, selvom, at producere dem kan være dyrt. Som resultat, de bruges ofte ikke. Omkostningsfaktorer for sensorer, der udfører målinger elektrisk, er det dyre elektrodemateriale og kompleks produktion. Fraunhofer-forskere producerer nu biosensorer med grafenelektroder billigt og enkelt i roll-to-roll-udskrivning. Der findes allerede en systemprototype til masseproduktion.

Cellebaserede biosensorer måler ændringer i cellekulturer via elektriske signaler. Dette gøres ved hjælp af elektroder, der er monteret inde i petriskålen eller brøndene i en såkaldt brøndplade. Hvis tilføjede vira ødelægger et kontinuerligt cellelag på elektroderne, for eksempel, den elektriske modstand målt mellem elektroderne reduceres. På denne måde, effekten af ​​vacciner eller lægemidler (f.eks.) kan testes:jo mere effektiv den aktive ingrediens er, jo mindre antal celler, der ødelægges af vira, og jo lavere vil den målte modstandsændring være. Også toksicitetstest, såsom på kosmetiske produkter, kan fungere efter det samme princip og kan erstatte dyreforsøg i fremtiden. En anden fordel:Hvis biosensorer er knyttet til en evalueringsenhed, målinger kan være kontinuerlige og automatiserede.

Ledende, biokompatibel, udskrivbar

Fremstillingen af ​​de beskrevne biosensorer er dyr og kompleks, dog:elektroderne er lavet af et biokompatibelt og elektrisk ledende materiale, såsom guld eller platin. Produktionen af ​​mikroelektroder kræver en kompliceret litografisk proces. Resultatet:Laboratorierne køber ofte ikke disse biosensorer på grund af de høje omkostninger, og undersøgelsen af ​​cellekulturer udføres fortsat manuelt under et mikroskop. Som et alternativ til ædle metaller, imidlertid, grafen kan nu bruges som et materiale til elektroderne. Fordelene ved kulstofmaterialet:det er elektrisk ledende, biokompatibel og, hvis det er i form af et blæk, kan udskrives på overflader.

Forskere ved Fraunhofer Institute for Biomedical Engineering IBMT i St. Ingbert i Tysklands Saarland -region har brugt en sådan grafenblæk. Sammen med branchepartnere i M-era.Net-projektet BIOGRAPHY, som er finansieret af det tyske forbundsministerium for uddannelse og forskning (BMBF), de har udviklet en trykproces, der gør det muligt at producere et stort antal grafenbiosensorer i en omkostningseffektiv roll-to-roll-proces. "Vores systemprototype kan udskrive omkring 400 biosensorer i minuttet på en kontinuerlig folie, "Dr. Thomas Velten, Leder af afdelingen for biomedicinske mikrosystemer hos IBMT og projektleder for BIOGRAPHY, siger i beskrivelsen af ​​resultatet af udviklingsarbejdet. Mens trykudstyr og grafenblæk leveres af de involverede partnere, forskerne ved IBMT har taget sig af designet af trykprocessen. "I særdeleshed, det er afgørende at justere parametre såsom blækviskositeten, udskrivningshastighed, læberbladstryk - et læberblad tørrer overskydende blæk af - og trykcylinderens brønddybde, så de trykte strukturer svarer til de nominelle dimensioner, "forklarer Velten. Et tværfagligt team af biologer og ingeniører fra IBMT har også udviklet et proteinblæk, som trykkes direkte på elektroderne efter grafen. Velten:"Det er kun takket være proteinerne, at cellerne klæber godt nok til elektrodefolien". En kompliceret proces:Folien og blækkets overfladeenergi skal tilpasses hinanden på en sådan måde, at overførslen af ​​blækket fra trykcylinderen til folien sker optimalt. Særligt kritisk er tørringen af ​​de trykte strukturer, da proteinerne ikke tåler opløsningsmidler eller høje temperaturer. Kun den rigtige blanding af blækredienser og tørringsmetode sikrer, at blækket tørrer hurtigt nok.