Гибкая электроника позволила разработать датчики, приводы, микрофлюидику и электронику на гибких, конформных и/или растягиваемых подслоях для носимых, имплантируемых или проглатываемых приложений. Однако эти устройства имеют очень разные механические и биологические свойства по сравнению с тканями человека и, следовательно, не могут быть интегрированы с человеческим телом.
Группа исследователей из Техасского университета A&M разработала новый класс чернил из биоматериала, которые имитируют естественные характеристики высокопроводящих тканей человека , таких как кожа, которые необходимы для использования чернил в 3D-печати.
Эти чернила из биоматериала используют новый класс двумерных наноматериалов, известных как дисульфид молибдена (MoS 2 ). Тонкослойная структура MoS 2 содержит дефектные центры, что делает его химически активным и в сочетании с модифицированным желатином дает гибкий гидрогель, сравнимый со структурой желе.
«Влияние этой работы на 3D-печать имеет далеко идущие последствия», — сказал Ахилеш Гахарвар, доцент кафедры биомедицинской инженерии и президентский научный сотрудник. «Эти недавно разработанные гидрогелевые чернила обладают высокой биосовместимостью и электропроводностью, прокладывая путь к следующему поколению носимой и имплантируемой биоэлектроники».
Это исследование было недавно опубликовано в ACS Nano .
Чернила обладают свойствами разжижения при сдвиге, вязкость которых снижается по мере увеличения силы, поэтому они остаются твердыми внутри тюбика, но при сжатии больше похожи на жидкость, похожую на кетчуп или зубную пасту. Команда включила эти электропроводящие наноматериалы в модифицированный желатин, чтобы получить гидрогелевые чернила с характеристиками, необходимыми для разработки чернил, подходящих для 3D-печати.
«Эти напечатанные на 3D-принтере устройства чрезвычайно эластичны, их можно сжимать, сгибать или скручивать, не ломая», — говорит Кайвалья Део, аспирант кафедры биомедицинской инженерии и ведущий автор статьи. «Кроме того, эти устройства электронно активны, что позволяет им контролировать динамическое движение человека и прокладывает путь для непрерывного мониторинга движения».
Для 3D-печати чернил исследователи из лаборатории Гахарвара разработали экономичный многоголовочный 3D-биопринтер с открытым исходным кодом , который является полностью функциональным и настраиваемым, работающим на инструментах с открытым исходным кодом и бесплатном программном обеспечении. Это также позволяет любому исследователю создавать 3D-биопринтеры, адаптированные к его собственным исследовательским потребностям.
Электропроводящие гидрогелевые чернила, напечатанные на 3D-принтере, могут создавать сложные 3D-схемы и не ограничиваться планарными конструкциями, что позволяет исследователям создавать настраиваемую биоэлектронику с учетом конкретных требований пациента.
Используя эти 3D-принтеры, Део смог печатать электрически активные и растяжимые электронные устройства. Эти устройства демонстрируют исключительные возможности измерения деформации и могут использоваться для разработки настраиваемых систем мониторинга. Это также открывает новые возможности для разработки растягиваемых датчиков со встроенными микроэлектронными компонентами.
Одним из потенциальных применений новых чернил является 3D-печать электронных татуировок для пациентов с болезнью Паркинсона. Исследователи предполагают, что эта распечатанная электронная татуировка может отслеживать движения пациента, включая тремор.
Дополнительная информация: Кайвалья А. Део и др., Наноинженерные чернила для разработки гибкой биоэлектроники, пригодной для 3D-печати, ACS Nano (2022). DOI: 10.1021/acsnano.1c09386
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com