Учени от университета в Хюстън са разработили нов метод за 3D печат на биосензори, които един ден биха могли да бъдат имплантирани в човешки приемник.
Използвайки многофотонна литография (MPL), методът на екипа включва полимеризиране на смоли, натоварени с органични полупроводникови материали слой по слой, за да се образуват малки биосъвместими платки. Досега изследователите са използвали своя процес за създаване на високопрецизни сензори за глюкоза, но с по-нататъшни изследвания и разработки те вярват, че това може да проправи пътя за производството на ново поколение биоелектронни устройства.
„Тук беше въведена еднаква и прозрачна фоточувствителна смола, легирана с органични полупроводникови (OS) материали, за да се изработят различни 3D OS композитни микроструктури (OSCM)“, каза екипът в своя документ. „[Нашите] резултати демонстрират големия потенциал на тези устройства за широк спектър от приложения, вариращи от гъвкава биоелектроника до наноелектроника и устройства с орган върху чип.“
Вдъхване на живот на проводими импланти
В своята статия изследователите идентифицираха MPL като „най-съвременната“ технология в 3D печата с директно лазерно писане (DLW) поради гъвкавостта на материала и високата прецизност, която може да постигне (резолюция до 15 нанометра) . ). Като такъв, екипът от Хюстън вижда технологията като идеална за производство на типа наноелектронни устройства, които са били обект на интензивни изследвания през последните няколко години.
Въпреки това, жизнеспособността на 3D отпечатването на такива биоимпланти продължава да бъде ограничена от ниската електрическа проводимост на материалите, използвани за производството им. Според учените това е така, защото прототипната биоелектроника обикновено се прави от въглеродни нанотръби или графен, така че те имат неорганични свойства, които са „трудни за равномерно диспергиране в смоли“ и „без значително разделяне на фазите“.
За да преодолеят тези недостатъци, изследователите от Хюстън разработиха своя собствена MPL смола, състояща се от PEGA полимер, зареден с DMSO, PEDOT: PSS органичен полупроводник, ламинин и глюкозна оксидаза, която може да бъде прецизно 3D отпечатана в мини-биомна дъска с еднакви характеристики
3D отпечатана цитосъвместима PCB
Първоначално изследователите са използвали техния материал, за да произвеждат различни микроелектронни устройства, включително печатни платки (PCB), които съдържат набор от микрокондензатори. След като демонстрираха ефективността на своята техника, екипът се зае да експериментира с ламинин, гликопротеин, открит в мембраните на различни животински тъкани, който насърчава клетъчното прикрепване, сигнализиране и миграция.
След като зареди смолата с протеина, екипът продължи да го отпечатва в 3D в по-сложни микроструктури, които след това бяха култивирани в тъкан на мишка в продължение на 48 часа. В сравнение с нелекарстваните проби, учените отбелязват, че техните клетки показват доказателства за "подобрена преживяемост", като същевременно запазват способността си да насърчават привързването и пролиферацията.
След като определиха биосъвместимостта на имплантите, изследователите се опитаха да оценят електрохимичните свойства на тези устройства. Тестването при биологично значима честота от 1 kHz показа, че с увеличаването на диаметъра на микроелектрода, електрическият импеданс на PCB на екипа намалява при всички честоти (1 до 105 Hz), като резултатите са „в съответствие с предишните отчетени резултати“
И накрая, за да демонстрират потенциалното приложение на своя метод, учените го използваха, за да произведат нов тип биосензор, способен да открива нивата на глюкозата с висока стабилност и прецизност, използвайки електрически ток. Като се има предвид, че устройството е десет пъти по-чувствително от настоящите монитори, екипът казва, че тяхната смола вече може да помогне за ускоряване на човешкия напредък към кибернетичните импланти.
„Очакваме, че демонстрираните MPL-съвместими OS композитни смоли ще произведат меки, биоактивни и проводящи микроструктури за различни приложения в нововъзникващи области като гъвкава биоелектроника/биосензори, наноелектроника, орган върху чип и терапия на имунни клетки Проправете пътя", заключават изследователите в своята статия.
