Các nhà khoa học thiết kế loại mực mới cho điện tử sinh học đeo được có thể in 3D
Trừu tượng đồ họa. Ảnh: ACS Nano (2022). DOI: 10.1021 / acsnano.1c09386
Các thiết bị điện tử linh hoạt đã cho phép thiết kế các cảm biến, thiết bị truyền động, chất lỏng siêu nhỏ và điện tử trên các lớp phụ linh hoạt, tuân thủ và / hoặc có thể co giãn cho các ứng dụng có thể đeo, cấy hoặc ăn được. Tuy nhiên, những thiết bị này có các đặc tính cơ học và sinh học rất khác khi so sánh với mô người và do đó không thể tích hợp với cơ thể người.
Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Texas A&M đã phát triển một loại mực vật liệu sinh học mới bắt chước các đặc điểm tự nhiên của mô người có tính dẫn điện cao, giống như da, loại mực này rất cần thiết để sử dụng trong in 3D.
Mực vật liệu sinh học này thúc đẩy một lớp vật liệu nano 2D mới được gọi là molypden disulfide (MoS2). Cấu trúc phân lớp mỏng của MoS2 chứa các trung tâm khuyết tật để làm cho nó hoạt động về mặt hóa học và kết hợp với gelatin đã sửa đổi để thu được hydrogel linh hoạt, có thể so sánh với cấu trúc của Jell-O.
Akhilesh Gaharwar, phó giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Y sinh và Viện Tác động Tổng thống cho biết: “Tác động của công việc này là sâu rộng trong lĩnh vực in 3D. "Mực hydrogel được thiết kế mới này có tính tương thích sinh học cao và dẫn điện, mở đường cho thế hệ tiếp theo của điện tử sinh học có thể đeo và cấy được."
Nghiên cứu này gần đây đã được công bố trên ACS Nano.
Mực có đặc tính mỏng khi cắt, giảm độ nhớt khi lực tăng lên, vì vậy nó ở trạng thái rắn bên trong ống nhưng chảy ra giống chất lỏng hơn khi bóp, tương tự như nước sốt cà chua hoặc kem đánh răng. Nhóm nghiên cứu đã kết hợp các vật liệu nano dẫn điện này trong gelatin đã được sửa đổi để tạo ra mực hydrogel với các đặc tính cần thiết cho việc thiết kế mực in 3D.
Kaivalya Deo, nghiên cứu sinh tại khoa kỹ thuật y sinh và là tác giả chính của bài báo cho biết: “Những thiết bị in 3D này cực kỳ đàn hồi và có thể được nén, uốn cong hoặc xoắn mà không bị vỡ. "Ngoài ra, các thiết bị này hoạt động bằng điện tử, cho phép chúng theo dõi chuyển động của con người năng động và mở đường cho việc giám sát chuyển động liên tục."
Để in 3D mực, các nhà nghiên cứu trong Phòng thí nghiệm Gaharwar đã thiết kế một máy in sinh học 3D đa đầu nguồn mở, tiết kiệm chi phí, có đầy đủ chức năng và có thể tùy chỉnh, chạy trên các công cụ mã nguồn mở và phần mềm miễn phí. Điều này cũng cho phép bất kỳ nhà nghiên cứu nào xây dựng máy in sinh học 3D được điều chỉnh để phù hợp với nhu cầu nghiên cứu của riêng họ.
Mực hydrogel in 3D dẫn điện có thể tạo ra các mạch 3D phức tạp và không giới hạn ở thiết kế phẳng, cho phép các nhà nghiên cứu tạo ra các điện tử sinh học có thể tùy chỉnh phù hợp với các yêu cầu cụ thể của bệnh nhân.
Khi sử dụng các máy in 3D này, Deo đã có thể in các thiết bị điện tử hoạt động bằng điện và có thể kéo dãn. Các thiết bị này thể hiện khả năng cảm biến lực căng đặc biệt và có thể được sử dụng cho các hệ thống giám sát có thể tùy chỉnh kỹ thuật. Điều này cũng mở ra những khả năng mới trong việc thiết kế các cảm biến co dãn với các thành phần vi điện tử tích hợp.
Một trong những ứng dụng tiềm năng của loại mực mới là in 3D các hình xăm điện tử cho bệnh nhân Parkinson. Các nhà nghiên cứu hình dung rằng hình xăm điện tử được in này có thể theo dõi chuyển động của bệnh nhân, bao gồm cả chấn động.
