Hiustono universiteto mokslininkai sukūrė naują 3D spausdinimo biosensorių metodą, kuris vieną dieną galėtų būti implantuotas į žmogaus šeimininką.
Naudojant daugiafotoninę litografiją (MPL), komandos metodas apima dervų, pakrautų organinėmis puslaidininkinėmis medžiagomis, polimerizavimą sluoksnis po sluoksnio, kad susidarytų mažytės biologiškai suderinamos plokštės. Iki šiol mokslininkai naudojo savo procesą kurdami didelio tikslumo gliukozės jutiklius, tačiau, atlikdami tolesnius tyrimus ir plėtrą, jie mano, kad tai gali atverti kelią naujos kartos bioelektroninių prietaisų gamybai.
„Čia buvo pristatyta vienoda ir skaidri šviesai jautri derva, legiruota organinėmis puslaidininkinėmis (OS) medžiagomis, kad būtų galima gaminti įvairias 3D OS sudėtines mikrostruktūras (OSCM),“ – rašoma savo darbe. „[Mūsų] rezultatai rodo didelį šių prietaisų potencialą įvairioms reikmėms, pradedant lanksčia bioelektronika ir baigiant nanoelektronika ir organais ant lusto įrenginių.
Laidžių implantų atgaivinimas
Savo darbe tyrėjai nustatė, kad MPL yra „pažangiausia“ tiesioginio lazerinio rašymo (DLW) 3D spausdinimo technologija dėl medžiagos universalumo ir didelio tikslumo, kurį ji gali pasiekti (skiriama iki 15 nanometrų). . ). Taigi Hiustono komanda mano, kad ši technologija yra ideali gaminant nanoelektroninius prietaisus, kurie pastaruosius kelerius metus buvo intensyvių tyrimų objektas.
Tačiau tokių bioimplantų 3D spausdinimo gyvybingumą ir toliau riboja mažas jiems gaminti naudojamų medžiagų elektrinis laidumas. Mokslininkų teigimu, taip yra todėl, kad bioelektronikos prototipai dažniausiai gaminami iš anglies nanovamzdelių arba grafeno, todėl jie turi neorganinių savybių, kurias „sunku tolygiai išsklaidyti dervose“ ir „be reikšmingo fazių atskyrimo“.
Norėdami pašalinti šiuos trūkumus, Hiustono mokslininkai sukūrė savo MPL dervą, sudarytą iš DMSO įkrauto PEGA polimero, PEDOT: PSS organinio puslaidininkio, laminino ir gliukozės oksidazės, kurią galima tiksliai 3D atspausdinti į mini biomų plokštę su vienodomis savybėmis.
3D spausdinta su citosistema suderinama PCB
Iš pradžių mokslininkai naudojo savo medžiagą įvairiems mikroelektroniniams prietaisams gaminti, įskaitant spausdintines plokštes (PCB), kuriose buvo daugybė mikrokondensatorių. Kai jie įrodė savo technikos veiksmingumą, komanda nusprendė eksperimentuoti su lamininu – glikoproteinu, esančiu skirtingų gyvūnų audinių membranose, skatinančiu ląstelių prisirišimą, signalizaciją ir migraciją.
Įdėjus dervą baltymu, komanda 3D spausdino ją į sudėtingesnes mikrostruktūras, kurios vėliau buvo auginamos pelės audinyje 48 valandas. Palyginti su nemedicininiais mėginiais, mokslininkai pažymėjo, kad jų ląstelės parodė „padidėjusį išgyvenimą“, kartu išlaikant gebėjimą skatinti prisirišimą ir dauginimąsi.
Nustačius implantų biologinį suderinamumą, mokslininkai siekė įvertinti šių prietaisų elektrochemines savybes. Bandymai biologiškai svarbiu 1 kHz dažniu parodė, kad didėjant mikroelektrodo skersmeniui, komandos PCB elektrinė varža sumažėjo visais dažniais (nuo 1 iki 105 Hz), o rezultatai „atitinka anksčiau praneštus rezultatus“.
Galiausiai, norėdami parodyti galimą savo metodo taikymą, mokslininkai jį panaudojo kurdami naujo tipo biojutiklį, galintį labai stabiliai ir tiksliai nustatyti gliukozės kiekį naudojant elektros srovę. Atsižvelgiant į tai, kad prietaisas yra dešimt kartų jautresnis nei dabartiniai monitoriai, komanda teigia, kad jų derva dabar gali padėti paspartinti žmogaus pažangą link kibernetinių implantų.
„Tikimės, kad demonstruotos su MPL suderinamos OS kompozitinės dervos sukurs minkštas, biologiškai aktyvias ir laidžias mikrostruktūras, skirtas įvairioms reikmėms naujose srityse, tokiose kaip lanksti bioelektronika / biojutikliai, nanoelektronika, organai ant lusto ir imuninių ląstelių terapija. Nutieskite kelią“, – savo darbe padarė išvadą tyrėjai.
