科學(xué)家為3D打印可穿戴生物電子學(xué)設(shè)計新墨水
柔性電子器件使傳感器、致動器、微流體和電子器件的設(shè)計能夠在柔性、保形和/或可拉伸子層上用于可穿戴、可植入或可攝入應(yīng)用。然而，與人體組織相比，這些設(shè)備具有非常不同的機械和生物學(xué)特性，因此無法與人體集成。
德克薩斯A&M大學(xué)的一組研究人員開發(fā)了一種新的生物材料墨水，它模仿了高導(dǎo)電人體組織的天然特性，就像皮膚一樣，這對于用于3D打印的墨水來說是必不可少的。
這種生物材料墨水利用了一種稱為二硫化鉬(MoS2)的新型二維納米材料。MoS2的薄層結(jié)構(gòu)包含缺陷中心，使其具有化學(xué)活性，并與改性明膠結(jié)合以獲得柔韌的水凝膠，可與Jell-O的結(jié)構(gòu)相媲美。
“這項工作對3D打印的影響是深遠(yuǎn)的，”生物醫(yī)學(xué)工程系副教授兼影響研究員AkhileshGaharwar說。“這種新設(shè)計的水凝膠墨水具有高度的生物相容性和導(dǎo)電性，為下一代可穿戴和可植入生物電子學(xué)鋪平了道路。”
這項研究最近發(fā)表在ACSNano上。
墨水具有剪切稀化特性，隨著力的增加粘度會降低，因此它在管內(nèi)是固體，但在擠壓時更像液體，類似于番茄醬或牙膏。該團隊將這些導(dǎo)電納米材料納入改性明膠中，制成水凝膠墨水，其特性對于設(shè)計有利于3D打印的墨水至關(guān)重要。
“這些3D打印設(shè)備具有極強的彈性，可以壓縮、彎曲或扭曲而不會斷裂，”生物醫(yī)學(xué)工程系研究生、該論文的主要作者KaivalyaDeo說。“此外，這些設(shè)備具有電子活性，使它們能夠監(jiān)測動態(tài)人體運動并為連續(xù)運動監(jiān)測鋪平道路。”
為了對墨水進行3D打印，Gaharwar實驗室的研究人員設(shè)計了一種具有成本效益的開源多頭3D生物打印機，該打印機功能齊全且可定制，可在開源工具和免費軟件上運行。這也允許任何研究人員構(gòu)建適合自己研究需求的3D生物打印機。
導(dǎo)電3D打印的水凝膠墨水可以創(chuàng)建復(fù)雜的3D電路，并且不僅限于平面設(shè)計，使研究人員能夠根據(jù)患者的具體要求制作可定制的生物電子學(xué)。
在利用這些3D打印機時，Deo能夠打印出具有電活性和可拉伸的電子設(shè)備。這些設(shè)備展示了非凡的應(yīng)變傳感能力，可用于工程定制監(jiān)控系統(tǒng)。這也為設(shè)計帶有集成微電子元件的可拉伸傳感器開辟了新的可能性。
新墨水的潛在應(yīng)用之一是為帕金森病患者提供3D打印電子紋身。研究人員設(shè)想，這種打印的電子紋身可以監(jiān)測患者的運動，包括震顫。
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