Исследователи разработали наноинженерные чернила для разработки гибкой биоэлектроники, пригодной для 3D-печати

Носимые, имплантируемые или проглатываемые датчики, микрофлюидика и электроника теперь могут быть спроектированы на универсальных, конформных и растяжимых подслоях. Однако, поскольку эти гаджеты механически и органически отличаются от кожи человека, их нельзя интегрировать и использовать. В последнем исследовании ученых говорится, что они разработали новые чернила для 3D-печати с биоэлектроникой.

Исследователи Техасского университета A&M разработали новый класс чернил из биоматериала, которые имитируют свойства высокопроводящих тканей человека, к примеру, поры и кожа, что делает их идеальными для 3D-печати. Однако в чернилах из биоматериала, подобных этому, используется дисульфид молибдена MoS2, новый класс двумерных наноматериалов. Благодаря тонким слоям MoS2 он обладает химической энергией и может быть объединен с желатином для получения гибкого гидрогеля, подобного желе.

Ахилеш Гахарвар, профессор Отделения биомедицинской инженерии заявил, что новые гидрогелевые чернила имеют высокую биосовместимость и электропроводность, что прокладывает путь к имплантируемой и носимой биоэлектронике в будущем.

Увеличивая давления, вязкость чернил уменьшается. Таким образом, при сжатии он больше похож на жидкость, как кетчуп или зубная паста, которые обладают свойствами разжижения при сдвиге. Чтобы произвести гидрогелевые чернила, которые можно использовать для печати 3D-объектов, команда интегрировала электропроводящие наноматериалы в модифицированный желатин.

По словам Кайвальи Део, аспиранта кафедры биомедицинской инженерии и ведущего автора статьи, несмотря на то, что они чрезвычайно эластичны, эти устройства для 3D-печати не ломаются. Кроме того, эти устройства позволяют им отслеживать динамическое движение человека и прокладывает путь для непрерывного мониторинга движения.

Исследователи из лаборатории Гахарвара разработали трехмерный биопринтер с несколькими головками, который является экономичным, с открытым исходным кодом и полностью настраиваемым с использованием инструментов с открытым исходным кодом и бесплатным программным обеспечением. Кроме того, исследователи могут создавать 3D-биопринтеры, адаптированные к их собственным исследовательским потребностям.

Гидрогелевые чернила можно использовать для печати электропроводящих схем в 3D, и не ограничиваться планарными конструкциями, что дает возможность исследователям создавать настраиваемую биоэлектронику с учетом конкретных требований пациента.

Этот 3D-принтер позволил печатать электрически активные и растяжимые цифровые гаджеты. Эти гаджеты демонстрируют исключительные возможности измерения деформации и могут использоваться для разработки настраиваемых методов мониторинга. Кроме того, вы получаете доступ к новым возможностям для разработки универсальных датчиков со встроенной электроникой.

Более того, потенциальные функции новых чернил заключаются в 3D-печати цифровых татуировок для людей, страдающих болезнью Паркинсона. Тем не менее исследователь сказал, что эта распечатанная электронная татуировка быстро обнаруживает движение и тремор пострадавшего.

Этот проект осуществляется в сотрудничестве с доктором Энтони Гизеппи-Эли, вице-президентом по академическим вопросам и развитию кадров в Техническом колледже Три-Каунти, и доктором Лимей Тианом, доцентом биомедицинской инженерии в Техасском университете A&M.

Это исследование финансировалось Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии, Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта и Фондом передового опыта президента Техасского университета A&M. Предварительный патент на эту технологию был подан совместно с Техасской инженерной экспериментальной станцией A&M.