研究人员开发了一种新型生物3D打印油墨,皆在用于下一代可穿戴技术

2022 年 09 月 19 日

      2022年9月18日,德克萨斯大学生物医学工程副教授Akhilesh Gaharwar实验室的一个团队,利用了一种称为二硫化钼(MoS2)的新型2D纳米材料,开发了一种适用3D打印的生物油墨,研究人员称,该技术可用于开发与人体更兼容的可穿戴技术,为新型“集成”微电子应用铺了平道路。

Akhilesh Gaharwar和研究生Kaivalya Deo,设计了一种具有高度生物相容和导电性的水凝胶油墨
      在过去的几年里,柔性电子技术已取得了一定的进步,使得可穿戴设备的设计得以实现,这些设备将传感器、执行器和其他组件与其他可穿戴、可摄入或可植入的材料集成在一起。然而,研究人员表示,与人体组织相比,它们的机械和生物学特性仍有很大差异。现在,德克萨斯团队开发的生物墨水,创造了一种可模仿皮肤原生特性的可打印油墨,这有可能对生物3D打印产生重大影响。

合成新型MoS2纳米材料:首先将前驱体均匀地分散在去离子水中。然后将混合物转移到水热反应器中,加热到180°度21小时。随后对反应的混合物进行超声和过滤,以获得不同比例的富含缺陷的MoS2纳米

结合生物油墨的生物相容性和导电性
MoS2具有特殊薄层结构和缺陷中心,使它具有化学活性。用这种材料制成的油墨具有剪切稀化的特性,随着力的增加,它的粘度会降低。研究人员说,这在打印过程中改变了它的成分,使它在管内成为固体,但在挤压时更像液体一样流动,类似于番茄酱或牙膏。

生物医学工程系的研究生Kaivalya Deo说,为了使它更利于打印,研究人员将导电的纳米材料,与一种改性明胶结合起来,共同形成了一种可与食品Jell-O相媲美的水凝胶,具有制造电子设备所必需的特性。

他在文章中说:“这些3D打印的设备具有极强的弹性,可以被压缩、弯曲或扭曲而不破裂。此外,这些设备是电子主动的,使它们能够监测人类的动态运动,为连续运动监测铺平道路。”

3D打印的交联结构具有出色的应变敏感性,可用作可穿戴电子设备来检测各种运动动力学

共同扩大生物打印应用
     研究人员说,通过他们自己开发的机器来展示他们的研究成果。为了使用这种油墨进行打印,该团队设计了自己的开源多头3D生物打印机,它是完全可定制的,在开源工具和免费软件上运行。该团队还旨在围绕他们的发明创造一个生态系统,让在该领域工作的其他研究人员,同样能够建立类似的生物3D打印机

Deo说,在实验室里使用该3D打印机,制造了具有应变感应能力的电活性和可拉伸电子设备,从而证明了该款生物油墨的可行性。这些设备可用于工程上的可定制监测系统,将可拉伸传感器与微电子集成元件配对的新型应用铺平道路。

     研究人员说,这种生物油墨的另一个潜在应用是3D打印电子纹身,可以穿在帕金森病患者的皮肤上,监测他们的运动,如震颤,以便医生能够提供更好的护理。
       他还说道,由于这种墨水可以创建复杂的三维电路,而且不局限于二维设计,研究人员可以灵活地使用它来建立可定制的生物电子,以满足特定的应用,或者在医疗设备的情况下,满足病人的个性化要求。


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