Para saintis di University of Houston telah membangunkan kaedah baru biosensor percetakan 3D yang suatu hari nanti boleh ditanamkan dalam hos manusia.
Menggunakan litografi multiphoton (MPL), kaedah pasukan ini melibatkan resin pempolimeran yang dimuatkan dengan bahan semikonduktor organik lapisan demi lapisan untuk membentuk papan litar biokompatibel kecil. Setakat ini, para penyelidik telah menggunakan proses mereka untuk mencipta sensor glukosa berketepatan tinggi, tetapi dengan penyelidikan dan pembangunan lanjut, mereka percaya ia boleh membuka jalan untuk pengeluaran generasi baru peranti bioelektronik.
"Di sini, resin fotosensitif yang seragam dan telus yang dihiasi dengan bahan semikonduktor organik (OS) diperkenalkan untuk membuat pelbagai mikrostruktur komposit OS 3D (OSCM)," kata pasukan itu dalam kertas mereka. "[Hasil] kami menunjukkan potensi besar peranti ini untuk pelbagai aplikasi yang terdiri daripada bioelektronik fleksibel hingga nanoelektronik dan peranti organ-on-a-chip."
Membawa implan konduktif kepada kehidupan
Dalam makalah mereka, para penyelidik mengenal pasti MPL sebagai teknologi "state-of-the-art" dalam percetakan 3D penulisan laser langsung (DLW) kerana fleksibiliti bahan dan ketepatan tinggi yang dapat dicapainya (resolusi hingga 15 nanometer). ). Oleh itu, pasukan Houston melihat teknologi itu sesuai untuk menghasilkan jenis peranti nanoelektronik yang telah menjadi subjek penyelidikan intensif sejak beberapa tahun kebelakangan ini.
Walau bagaimanapun, daya maju percetakan 3D bioimplants tersebut terus dihadkan oleh kekonduksian elektrik yang rendah bahan yang digunakan untuk menghasilkannya. Menurut para saintis, ini kerana bioelektronik prototaip biasanya diperbuat daripada nanotube karbon atau graphene, jadi mereka mempunyai sifat bukan organik yang "sukar untuk bersurai secara seragam dalam resin" dan "tanpa pemisahan fasa yang ketara."
Untuk mengatasi kekurangan ini, para penyelidik Houston telah membangunkan resin MPL mereka sendiri, yang terdiri daripada polimer PEGA yang dimuatkan DMSO, PEDOT: SEMIkonduktor organik PSS, laminin, dan glukosa oxidase, yang boleh dicetak dengan tepat 3D ke dalam Papan mini-biom dengan ciri-ciri seragam
PCB yang dicetak 3D
Pada mulanya, para penyelidik menggunakan bahan mereka untuk menghasilkan pelbagai peranti mikroelektronik, termasuk papan litar bercetak (PCB), yang mengandungi pelbagai kapasitor mikro. Sebaik sahaja mereka menunjukkan keberkesanan teknik mereka, pasukan itu menetapkan untuk bereksperimen dengan laminin, glikoprotein yang terdapat dalam membran tisu haiwan yang berbeza yang menggalakkan lampiran sel, isyarat, dan penghijrahan.
Selepas memuatkan resin dengan protein, pasukan itu terus mencetak 3D ke dalam mikrostruktur yang lebih kompleks, yang kemudiannya dikulturkan dalam tisu tetikus selama 48 jam. Berbanding dengan sampel yang tidak diubati, para saintis menyatakan bahawa sel-sel mereka menunjukkan bukti "kelangsungan hidup yang dipertingkatkan" sambil mengekalkan keupayaan untuk mempromosikan keterikatan dan percambahan.
Selepas menentukan biokompatibiliti implan, para penyelidik berusaha untuk menilai sifat elektrokimia peranti ini. Ujian pada frekuensi biologi yang relevan 1 kHz menunjukkan bahawa apabila diameter mikroelektrod meningkat, impedans elektrik PCB pasukan menurun pada semua frekuensi (1 hingga 105 Hz), dengan keputusan "konsisten dengan keputusan yang dilaporkan sebelum ini"
Akhirnya, untuk menunjukkan potensi penerapan kaedah mereka, para saintis menggunakannya untuk menghasilkan jenis biosensor baru yang mampu mengesan tahap glukosa dengan kestabilan dan ketepatan yang tinggi menggunakan arus elektrik. Memandangkan peranti ini sepuluh kali lebih sensitif daripada monitor semasa, pasukan itu berkata resin mereka kini boleh membantu mempercepatkan kemajuan manusia ke arah implan cybernetic.
"Kami menjangkakan bahawa resin komposit OS yang serasi dengan MPL yang ditunjukkan akan menghasilkan mikrostruktur yang lembut, bioaktif, dan konduktif untuk pelbagai aplikasi dalam bidang baru muncul seperti bioelektronik / biosensor yang fleksibel, nanoelektronik, organ-on-a-chip, dan terapi sel imun Pave jalan.," para penyelidik menyimpulkan dalam makalah mereka.
