Hjūstonas universitātes zinātnieki ir izstrādājuši jaunu 3D drukāšanas biosensoru metodi, ko kādu dienu varētu implantēt cilvēka saimniekorganismā.
Izmantojot daudzfotonu litogrāfiju (MPL), komandas metode ietver ar organiskiem pusvadītāju materiāliem piekrautu sveķu polimerizāciju slāni pa slānim, veidojot nelielas bioloģiski saderīgas shēmas plates. Līdz šim pētnieki ir izmantojuši savu procesu, lai izveidotu augstas precizitātes glikozes sensorus, taču, veicot turpmākus pētījumus un attīstību, viņi uzskata, ka tas varētu pavērt ceļu jaunas paaudzes bioelektronisko ierīču ražošanai.
"Šeit tika ieviesti vienoti un caurspīdīgi gaismjutīgi sveķi, kas leģēti ar organiskiem pusvadītāju (OS) materiāliem, lai izgatavotu dažādas 3D OS kompozītu mikrostruktūras (OSCM)," savā dokumentā teica komanda. "[Mūsu] rezultāti parāda šo ierīču lielo potenciālu plašam lietojumu klāstam, sākot no elastīgas bioelektronikas līdz nanoelektronikai un orgānu-on-a-chip ierīcēm."
Vadošo implantu atdzīvināšana
Savā rakstā pētnieki identificēja MPL kā "modernāko" tehnoloģiju tiešā lāzera rakstīšanas (DLW) 3D drukāšanā materiāla daudzpusības un augstās precizitātes dēļ, ko tas var sasniegt (izšķirtspēja līdz 15 nanometriem). . ). Tādējādi Hjūstonas komanda uzskata, ka tehnoloģija ir ideāli piemērota tāda veida nanoelektronisko ierīču ražošanai, kas pēdējos gados ir bijuši intensīvu pētījumu priekšmets.
Tomēr šādu bioimplantu 3D drukāšanas dzīvotspēju joprojām ierobežo to ražošanā izmantoto materiālu zemā elektrovadītspēja. Pēc zinātnieku domām, tas ir tāpēc, ka bioelektronikas prototips parasti ir izgatavots no oglekļa nanocaurulēm vai grafēna, tāpēc tiem ir neorganiskas īpašības, kuras "ir grūti vienmērīgi izkliedēt sveķos" un "bez ievērojamas fāzes atdalīšanas".
Lai novērstu šos trūkumus, Hjūstonas pētnieki ir izstrādājuši savus MPL sveķus, kas sastāv no DMSO ielādēta PEGA polimēra, PEDOT: PSS organiskā pusvadītāja, laminīna un glikozes oksidāzes, ko var precīzi 3D izdrukāt mini-biomu plāksnē ar vienādiem raksturlielumiem.
3D drukāts ar cito saderīgu PCB
Sākotnēji pētnieki izmantoja savu materiālu, lai ražotu dažādas mikroelektroniskās ierīces, tostarp iespiedshēmas plates (PCB), kas saturēja virkni mikrokondensatoru. Kad viņi demonstrēja savas tehnikas efektivitāti, komanda nolēma eksperimentēt ar laminīnu, glikoproteīnu, kas atrodams dažādu dzīvnieku audu membrānās un kas veicina šūnu piesaisti, signālu pārraidi un migrāciju.
Pēc sveķu ielādēšanas ar proteīnu komanda turpināja to 3D izdrukāt sarežģītākās mikrostruktūrās, kuras pēc tam 48 stundas kultivēja peles audos. Salīdzinot ar neārstētajiem paraugiem, zinātnieki atzīmēja, ka viņu šūnās ir pierādījumi par "uzlabotu izdzīvošanu", vienlaikus saglabājot spēju veicināt piesaisti un proliferāciju.
Pēc implantu bioloģiskās saderības noteikšanas pētnieki centās novērtēt šo ierīču elektroķīmiskās īpašības. Testēšana ar bioloģiski nozīmīgu 1 kHz frekvenci parādīja, ka, palielinoties mikroelektroda diametram, komandas PCB elektriskā pretestība samazinājās visās frekvencēs (no 1 līdz 105 Hz), un rezultāti "atbilst iepriekš ziņotajiem rezultātiem".
Visbeidzot, lai demonstrētu savas metodes iespējamo pielietojumu, zinātnieki to izmantoja, lai izveidotu jauna veida biosensoru, kas spēj noteikt glikozes līmeni ar augstu stabilitāti un precizitāti, izmantojot elektrisko strāvu. Ņemot vērā to, ka ierīce ir desmit reizes jutīgāka nekā pašreizējie monitori, komanda saka, ka to sveķi tagad varētu palīdzēt paātrināt cilvēka virzību uz kibernētiskiem implantiem.
"Mēs paredzam, ka demonstrētie ar MPL saderīgie OS kompozītmateriāli radīs mīkstas, bioaktīvas un vadošas mikrostruktūras dažādiem lietojumiem jaunās jomās, piemēram, elastīgos bioelektronikā/biosensoros, nanoelektronikā, orgānu mikroshēmā un imūno šūnu terapijā. Bruģējiet ceļu," pētnieki secināja savā rakstā.
