Ученые из Хьюстонского университета разработали новый метод 3D-печати биосенсоров, которые однажды можно будет имплантировать человеку.
Используя многофотонную литографию (MPL), метод команды включает полимеризацию смол, загруженных органическими полупроводниковыми материалами, слой за слоем для формирования крошечных биосовместимых печатных плат. До сих пор исследователи использовали свой процесс для создания высокоточных сенсоров глюкозы, но, по их мнению, дальнейшие исследования и разработки могут проложить путь к производству биоэлектронных устройств нового поколения.
«Здесь была введена однородная и прозрачная светочувствительная смола, легированная органическими полупроводниковыми (OS) материалами, для изготовления различных трехмерных композитных микроструктур OS (OSCM)», — говорится в их статье. «[Наши] результаты демонстрируют большой потенциал этих устройств для широкого спектра приложений, от гибкой биоэлектроники до наноэлектроники и устройств «орган на чипе».
Оживление проводящих имплантатов
В своей статье исследователи определили MPL как «современную» технологию в 3D-печати с прямым лазерным письмом (DLW) из-за универсальности материала и высокой точности, которую он может достичь (разрешение до 15 нанометров). . ). Таким образом, команда из Хьюстона считает эту технологию идеальной для производства наноэлектронных устройств, которые были предметом интенсивных исследований в течение последних нескольких лет.
Однако жизнеспособность 3D-печати таких биоимплантатов по-прежнему ограничена низкой электропроводностью материалов, используемых для их производства. По мнению ученых, это связано с тем, что прототипы биоэлектроники обычно изготавливаются из углеродных нанотрубок или графена, поэтому они обладают неорганическими свойствами, которые «трудно равномерно диспергировать в смолах» и «без значительного разделения фаз».
Поэтому, чтобы преодолеть эти недостатки, хьюстонские исследователи разработали собственную смолу MPL, состоящую из полимера PEGA, наполненного ДМСО, органического полупроводника PEDOT: PSS, ламинина и глюкозооксидазы, которая может быть точно напечатана на 3D-принтере в мини-биомную плату с одинаковыми характеристиками.
Цитосовместимая печатная плата, напечатанная на 3D-принтере
Первоначально исследователи использовали свой материал для производства различных микроэлектронных устройств, включая печатные платы (PCB), которые содержали массив микроконденсаторов. После того, как они продемонстрировали эффективность своей техники, команда приступила к экспериментам с ламинином, гликопротеином, обнаруженным в мембранах различных тканей животных, который способствует прикреплению клеток, передаче сигналов и миграции.
После загрузки смолы белком команда приступила к 3D-печати более сложных микроструктур, которые затем были культивированы в тканях мыши в течение 48 часов. Ученые отметили, что по сравнению с нелекарственными образцами их клетки показали признаки «повышенной выживаемости», сохраняя при этом способность способствовать прикреплению и пролиферации.
После определения биосовместимости имплантатов исследователи попытались оценить электрохимические свойства этих устройств. Тестирование на биологически значимой частоте 1 кГц показало, что по мере увеличения диаметра микроэлектрода электрический импеданс печатной платы команды снижался на всех частотах (от 1 до 105 Гц), с результатами, «согласующимися с ранее опубликованными результатами».
Наконец, чтобы продемонстрировать потенциальное применение своего метода, ученые использовали его для создания биосенсора нового типа, способного определять уровень глюкозы с высокой стабильностью и точностью с помощью электрического тока. Учитывая, что устройство в десять раз более чувствительно, чем современные мониторы, команда говорит, что их смола теперь может помочь ускорить продвижение человечества к кибернетическим имплантатам.
«Мы ожидаем, что продемонстрированные композитные смолы OS, совместимые с MPL, будут создавать мягкие, биоактивные и проводящие микроструктуры для различных приложений в новых областях, таких как гибкая биоэлектроника / биосенсоры, наноэлектроника, орган-на-чипе и иммунная клеточная терапия. Проложите путь», — заключили исследователи в своей статье.
