Flexibele elektronica heeft het ontwerp mogelijk gemaakt van sensoren, actuatoren, microfluïdica en elektronica op flexibele, conforme en/of rekbare onderlagen voor draagbare, implanteerbare of opneembare toepassingen. Deze apparaten hebben echter heel andere mechanische en biologische eigenschappen in vergelijking met menselijk weefsel en kunnen dus niet worden geïntegreerd met het menselijk lichaam.

Een team van onderzoekers van de Texas A&M University heeft een nieuwe klasse biomateriaalinkten ontwikkeld die de oorspronkelijke kenmerken van sterk geleidend menselijk weefsel nabootsen, net als huid, die essentieel zijn voor de inkt die wordt gebruikt bij 3D-printen.

Deze biomateriaalinkt maakt gebruik van een nieuwe klasse van 2D-nanomaterialen die bekend staat als molybdeendisulfide (MoS₂ ). De dunne gelaagde structuur van MoS₂ bevat defectcentra om het chemisch actief te maken en, gecombineerd met gemodificeerde gelatine om een ​​flexibele hydrogel te verkrijgen, vergelijkbaar met de structuur van Jell-O.

"De impact van dit werk is verreikend in 3D-printen", zegt Akhilesh Gaharwar, universitair hoofddocent bij de afdeling Biomedical Engineering en Presidential Impact Fellow. "Deze nieuw ontworpen hydrogelinkt is zeer biocompatibel en elektrisch geleidend en maakt de weg vrij voor de volgende generatie draagbare en implanteerbare bio-elektronica."

Deze studie is onlangs gepubliceerd in ACS Nano .

De inkt heeft schuifverdunnende eigenschappen die in viscositeit afnemen naarmate de kracht toeneemt, dus het is vast in de buis maar vloeit meer als een vloeistof wanneer erin wordt geperst, vergelijkbaar met ketchup of tandpasta. Het team heeft deze elektrisch geleidende nanomaterialen in een gemodificeerde gelatine verwerkt om een ​​hydrogelinkt te maken met eigenschappen die essentieel zijn voor het ontwerpen van inkt die bevorderlijk is voor 3D-printen.

"Deze 3D-geprinte apparaten zijn extreem elastomeer en kunnen worden samengedrukt, gebogen of gedraaid zonder te breken", zegt Kaivalya Deo, afgestudeerde student aan de afdeling biomedische technologie en hoofdauteur van het artikel. "Bovendien zijn deze apparaten elektronisch actief, waardoor ze dynamische menselijke bewegingen kunnen volgen en de weg vrijmaken voor continue bewegingsbewaking."

Om de inkt in 3D te printen, ontwierpen onderzoekers van het Gaharwar Laboratory een kosteneffectieve, open-source, multi-head 3D bioprinter die volledig functioneel en aanpasbaar is en draait op open-source tools en freeware. Hierdoor kan elke onderzoeker ook 3D-bioprinters bouwen die zijn afgestemd op hun eigen onderzoeksbehoeften.

De elektrisch geleidende 3D-geprinte hydrogelinkt kan complexe 3D-circuits creëren en is niet beperkt tot vlakke ontwerpen, waardoor onderzoekers aanpasbare bio-elektronica kunnen maken die is afgestemd op patiëntspecifieke vereisten.

Door deze 3D-printers te gebruiken, kon Deo elektrisch actieve en rekbare elektronische apparaten printen. Deze apparaten vertonen buitengewone spanningsdetectiemogelijkheden en kunnen worden gebruikt voor het ontwerpen van aanpasbare monitoringsystemen. Dit opent ook nieuwe mogelijkheden voor het ontwerpen van rekbare sensoren met geïntegreerde micro-elektronische componenten.

Een van de mogelijke toepassingen van de nieuwe inkt is het 3D-printen van elektronische tatoeages voor patiënten met de ziekte van Parkinson. Onderzoekers stellen zich voor dat deze geprinte e-tattoo de bewegingen van een patiënt kan volgen, inclusief trillingen. + Verder verkennen

Colloïdale nanodiscs gebruiken voor het 3D bioprinten van weefsels en weefselmodellen