Znanstvenici sa Sveučilišta u Houstonu razvili su novu metodu 3D printanja biosenzora koji bi se jednog dana mogli ugraditi u ljudskog domaćina.
Koristeći višefotonsku litografiju (MPL), timska metoda uključuje polimerizaciju smola napunjenih organskim poluvodičkim materijalima sloj po sloj kako bi se oblikovale sićušne biokompatibilne ploče. Do sada su istraživači koristili svoj proces za stvaranje visokopreciznih senzora za glukozu, ali s daljnjim istraživanjem i razvojem, vjeruju da bi to moglo otvoriti put za proizvodnju nove generacije bioelektroničkih uređaja.
"Ovdje je uvedena ujednačena i prozirna fotoosjetljiva smola dopirana organskim poluvodičkim (OS) materijalima za izradu različitih 3D OS kompozitnih mikrostruktura (OSCM)", rekao je tim u svom radu. "[Naši] rezultati pokazuju veliki potencijal ovih uređaja za širok raspon primjena, od fleksibilne bioelektronike do nanoelektronike i uređaja s organom na čipu."
Oživljavanje vodljivih implantata
U svom su radu istraživači identificirali MPL kao "najsuvremeniju" tehnologiju u 3D ispisu s izravnim laserskim pisanjem (DLW) zbog svestranosti materijala i visoke preciznosti koju može postići (rezolucija do 15 nanometara) . ). Kao takvu, tim iz Houstona vidi tehnologiju kao idealnu za proizvodnju vrste nanoelektroničkih uređaja koji su bili predmet intenzivnog istraživanja u posljednjih nekoliko godina.
Međutim, održivost 3D ispisa takvih bioimplantata i dalje je ograničena niskom električnom vodljivošću materijala koji se koriste za njihovu proizvodnju. Prema znanstvenicima, to je zato što je prototip bioelektronike obično napravljen od ugljikovih nanocijevi ili grafena, tako da imaju anorganska svojstva koja je "teško jednolično dispergirati u smolama" i "bez značajnog razdvajanja faza".
Kako bi prevladali ove nedostatke, istraživači iz Houstona razvili su vlastitu MPL smolu, koja se sastoji od polimera PEGA s DMSO-om, organskog poluvodiča PEDOT: PSS, laminina i glukozne oksidaze, koja se može precizno 3D ispisati u ploču mini-bioma s ujednačenim karakteristikama
3D tiskani citokompatibilni PCB
U početku su istraživači koristili svoj materijal za proizvodnju raznih mikroelektroničkih uređaja, uključujući tiskane ploče (PCB), koje su sadržavale niz mikrokondenzatora. Nakon što su demonstrirali učinkovitost svoje tehnike, tim je krenuo eksperimentirati s lamininom, glikoproteinom koji se nalazi u membranama različitih životinjskih tkiva koji potiče pričvršćivanje stanica, signalizaciju i migraciju.
Nakon što su smolu napunili proteinom, tim je otišao na 3D ispis u složenije mikrostrukture, koje su zatim uzgajane u tkivu miša 48 sati. U usporedbi s neliječenim uzorcima, znanstvenici su primijetili da njihove stanice pokazuju dokaze o "povećanom preživljavanju" dok su također zadržale sposobnost promicanja privrženosti i proliferacije.
Nakon utvrđivanja biokompatibilnosti implantata, istraživači su pokušali procijeniti elektrokemijska svojstva ovih uređaja. Testiranje na biološki relevantnoj frekvenciji od 1 kHz pokazalo je da se s povećanjem promjera mikroelektrode električna impedancija timskog PCB-a smanjila na svim frekvencijama (1 do 105 Hz), s rezultatima "u skladu s prethodno objavljenim rezultatima"
Naposljetku, kako bi demonstrirali potencijalnu primjenu svoje metode, znanstvenici su je upotrijebili za proizvodnju nove vrste biosenzora koji može detektirati razinu glukoze s visokom stabilnošću i preciznošću pomoću električne struje. S obzirom na to da je uređaj deset puta osjetljiviji od trenutnih monitora, tim kaže da bi njihova smola sada mogla pomoći ubrzati ljudski napredak prema kibernetičkim implantatima.
"Očekujemo da će dokazane MPL-kompatibilne OS kompozitne smole proizvesti meke, bioaktivne i vodljive mikrostrukture za razne primjene u novim poljima kao što su fleksibilna bioelektronika/biosenzori, nanoelektronika, organ-na-čipu i terapija imunoloških stanica Utrti put", zaključili su istraživači u svom radu.
