Новости

Sep 17, 2023

Новая 3D-печать

Ариадна Кортес/IStock Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и

Ариадна Кортес/ISstock

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Гибкая электроника использовалась во многих областях: от датчиков, приводов, микрофлюидики и электроники. Они могут быть гибкими, податливыми, расширяемыми подложками, пригодными для ношения, имплантации или приема внутрь, но из-за содержащихся в них веществ их невозможно интегрировать в организм человека.

Однако группа исследователей из Техасского университета A&M разработала новый класс чернил из биоматериалов с возможностью 3D-печати, которые имитируют ткани человека, как кожу.

Исследование было недавно опубликовано в ACS Nano.

Согласно исследованию, в новых чернилах из биоматериалов используется новый класс 2D-наноматериалов, известный как дисульфид молибдена (MoS2). Эта тонкослойная структура Mo32 включает в себя дефектные центры, которые делают его химически активным, и в сочетании с модифицированным желатином для получения гибкого гидрогеля сравнима со структурой Jell-O.

Техас A&M Engineering

«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, что открывает путь для следующего поколения носимой и имплантируемой биоэлектроники», — сказал он.

Исследователи объединили электропроводящие наноматериалы с модифицированным желатином, чтобы получить гидрогелевые чернила, необходимые для разработки чернил, пригодных для 3D-печати.

Обычно чернила обладают свойствами разжижения при сдвиге, вязкость которых снижается по мере увеличения силы. По этой причине, хотя он и остается в трубке в твердом состоянии, при выходе он превращается в жидкость.

Лаборатория Гахарвара / Техасский университет A&M

Основываясь на результатах исследования, мы видим, что эти недавно произведенные 3D-чернила можно носить, и по этой причине считается, что, например, пациентам с болезнью Паркинсона можно вводить инъекции под кожу, чтобы облегчить их наблюдение.

«Эти устройства, напечатанные на 3D-принтере, чрезвычайно эластичны и их можно сжимать, сгибать или скручивать, не ломая», — говорит Кайвалья Део, аспирант кафедры биомедицинской инженерии и ведущий автор статьи. «Кроме того, эти устройства являются электронно активными, что позволяет им отслеживать динамические движения человека и открывает путь к непрерывному мониторингу движений», - также сказал он.

Этот проект осуществляется в сотрудничестве с доктором Энтони Джузеппи-Эли, вице-президентом по академическим вопросам и развитию рабочей силы Технического колледжа Три-Каунти в Южной Каролине, и доктором Лимей Тианом, доцентом кафедры биомедицинской инженерии в Техасском 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.

Аннотация исследования:

Гибкая электроника требует эластомерных и проводящих биоинтерфейсов с механическими свойствами, подобными естественным тканям. Традиционные подходы к созданию такого биоинтерфейса часто используют проводящие наноматериалы в сочетании с полимерными гидрогелями, сшитыми с помощью токсичных фотоинициаторов. Более того, эти системы часто демонстрируют плохую биосовместимость и сталкиваются с компромиссом между проводимостью и механической жесткостью в физиологических условиях. Чтобы решить эти проблемы, мы разработали класс разжижающихся при сдвиге гидрогелей в качестве чернил для биоматериалов для 3D-печати гибкой биоэлектроники. Эти гидрогели создаются путем легкого гелеобразования наносборок MoS2, вызванного вакансиями, с тиолированным желатином природного происхождения. Благодаря свойствам истончения при сдвиге эти наноинженерные гидрогели можно печатать в сложных формах, которые могут реагировать на механическую деформацию. Химически сшитые наноинженерные гидрогели демонстрируют 20-кратное увеличение модуля сжатия и могут выдерживать нагрузку до 80% без остаточной деформации, что соответствует анатомической гибкости человека. Наноинженерная сеть демонстрирует высокую проводимость, модуль сжатия, псевдоемкость и биосовместимость. Сшитая структура, напечатанная на 3D-принтере, демонстрирует превосходную чувствительность к деформации и может использоваться в качестве носимой электроники для обнаружения различной динамики движения. В целом, результаты показывают, что эти наноинженерные гидрогели обладают улучшенными механическими, электронными и биологическими характеристиками для различных новых биомедицинских приложений, включая 3D-печатные гибкие биосенсоры, приводы, оптоэлектронику и устройства для доставки терапевтических средств.