A Houstoni Egyetem tudósai új módszert fejlesztettek ki a 3D-nyomtatású bioszenzorokra, amelyeket egy napon emberi gazdaszervezetbe is beültethetnek.
A többfoton litográfiát (MPL) alkalmazva a csapat módszere szerves félvezető anyagokkal megtöltött gyantákat rétegről rétegre polimerizál, hogy apró, biokompatibilis áramköri lapokat hozzon létre. Eddig a kutatók nagy pontosságú glükózszenzorok létrehozására használták az eljárásukat, de további kutatásokkal és fejlesztésekkel úgy vélik, hogy ez megnyithatja az utat a bioelektronikai eszközök új generációja előtt.
"Itt egy egységes és átlátszó, szerves félvezető anyagokkal adalékolt fényérzékeny gyantát vezettek be a különféle 3D OS kompozit mikrostruktúrák (OSCM) előállításához" - áll a csapat közleményében. "Eredményeink azt mutatják, hogy ezekben az eszközökben rejlő nagy lehetőségek rejlenek az alkalmazások széles körében, a rugalmas bioelektronikától a nanoelektronikáig és az orgona-chip eszközökig."
A vezetőképes implantátumok életre keltése
A kutatók tanulmányukban az MPL-t a "korszerű" technológiaként azonosították a közvetlen lézerírás (DLW) 3D nyomtatásban, az anyag sokoldalúsága és az általa elérhető nagy pontosság (akár 15 nanométeres felbontás) miatt. . ). A houstoni csapat úgy látja, hogy a technológia ideális olyan típusú nanoelektronikai eszközök előállítására, amelyek az elmúlt néhány évben intenzív kutatás tárgyát képezték.
Az ilyen bioimplantátumok 3D nyomtatásának életképességét azonban továbbra is korlátozza az előállításukhoz használt anyagok alacsony elektromos vezetőképessége. A tudósok szerint ennek az az oka, hogy a bioelektronika prototípusai általában szén nanocsövekből vagy grafénből készülnek, így olyan szervetlen tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek "nehéz egyenletesen eloszlani a gyantában" és "jelentős fázisszétválasztás nélkül".
E hiányosságok kiküszöbölésére a houstoni kutatók ezért kifejlesztették saját MPL gyantájukat, amely DMSO-val töltött PEGA polimerből, PEDOT: PSS szerves félvezetőből, lamininből és glükóz-oxidázból áll, és amely precízen 3D-ben nyomtatható mini-biom táblába egységes tulajdonságokkal.
3D nyomtatott citokompatibilis PCB
Kezdetben a kutatók anyagukat különféle mikroelektronikai eszközök előállítására használták fel, beleértve a nyomtatott áramköri kártyákat (PCB-ket), amelyek egy sor mikrokondenzátort tartalmaztak. Miután bebizonyították technikájuk hatékonyságát, a csapat kísérletezni kezdett a lamininnal, a különböző állati szövetek membránjaiban található glikoproteinnel, amely elősegíti a sejtek kötődését, jelátvitelét és migrációját.
Miután a gyantát feltöltötték a fehérjével, a csapat 3D-s nyomtatással folytatta, bonyolultabb mikrostruktúrákká, amelyeket azután egérszövetben tenyésztettek 48 órán át. A nem gyógyszeres mintákkal összehasonlítva a tudósok megállapították, hogy sejtjeik "fokozott túlélést" mutattak, miközben megtartották a kötődést és a proliferációt elősegítő képességüket.
Az implantátumok biokompatibilitásának meghatározása után a kutatók ezen eszközök elektrokémiai tulajdonságainak értékelésére törekedtek. A biológiailag releváns, 1 kHz-es frekvencián végzett tesztelés azt mutatta, hogy a mikroelektróda átmérőjének növekedésével a csapat PCB-jének elektromos impedanciája minden frekvencián (1-től 105 Hz-ig) csökkent, és az eredmények „konzisztensek a korábban közölt eredményekkel”.
Végül, hogy bemutassák módszerük lehetséges alkalmazását, a tudósok felhasználták azt egy új típusú bioszenzor előállítására, amely képes nagy stabilitású és pontosságú glükózszint kimutatására elektromos áram segítségével. Tekintettel arra, hogy az eszköz tízszer érzékenyebb, mint a jelenlegi monitorok, a csapat szerint a gyanta segíthet felgyorsítani az emberi fejlődést a kibernetikus implantátumok felé.
"Arra számítunk, hogy a bemutatott MPL-kompatibilis OS kompozit gyanták lágy, bioaktív és vezetőképes mikrostruktúrákat hoznak létre különféle alkalmazásokhoz olyan feltörekvő területeken, mint a rugalmas bioelektronika/bioszenzorok, nanoelektronika, orgona-chipen és immunsejtterápia. Egyengesse az utat." - zárták közleményükben a kutatók.
