Flexibel elektronik har möjliggjort design av sensorer, ställdon, mikrofluidik och elektronik på flexibla, konforma och/eller töjbara underskikt för bärbara, implanterbara eller intagbara applikationer. Dessa enheter har emellertid mycket olika mekaniska och biologiska egenskaper jämfört med mänsklig vävnad och kan därför inte integreras med människokroppen.

Ett team av forskare vid Texas A&M University har utvecklat en ny klass av biomaterialbläck som efterliknar naturliga egenskaper hos starkt ledande mänsklig vävnad, ungefär som hud, som är avgörande för att bläcket ska användas i 3D-utskrift.

Detta biomaterialbläck använder en ny klass av 2D-nanomaterial som kallas molybdendisulfid (MoS₂ ). Den tunna skiktstrukturen i MoS₂ innehåller defektcentra för att göra det kemiskt aktivt och, kombinerat med modifierat gelatin för att erhålla en flexibel hydrogel, jämförbar med strukturen hos Jell-O.

"Effekten av detta arbete är långtgående inom 3D-utskrift", säger Akhilesh Gaharwar, docent vid Institutionen för biomedicinsk teknik och Presidential Impact Fellow. "Detta nydesignade hydrogelbläck är mycket biokompatibelt och elektriskt ledande, vilket banar väg för nästa generation av bärbar och implanterbar bioelektronik."

Denna studie publicerades nyligen i ACS Nano .

Bläcket har skjuvförtunnande egenskaper som minskar i viskositet när kraften ökar, så det är fast inuti tuben men flyter mer som en vätska när det pressas, liknande ketchup eller tandkräm. Teamet inkorporerade dessa elektriskt ledande nanomaterial i ett modifierat gelatin för att göra ett hydrogelbläck med egenskaper som är avgörande för att designa bläck som främjar 3D-utskrift.

"Dessa 3D-utskrivna enheter är extremt elastomeriska och kan komprimeras, böjas eller vridas utan att gå sönder", säger Kaivalya Deo, doktorand vid den biomedicinska ingenjörsavdelningen och huvudförfattare till tidningen. "Dessutom är dessa enheter elektroniskt aktiva, vilket gör att de kan övervaka dynamiska mänskliga rörelser och banar väg för kontinuerlig rörelseövervakning."

För att 3D-skriva ut bläcket designade forskare i Gaharwar-laboratoriet en kostnadseffektiv, öppen källkod, multi-head 3D-bioprinter som är fullt funktionell och anpassningsbar, körs på öppen källkod och gratisprogram. Detta gör det också möjligt för alla forskare att bygga 3D-bioskrivare som är skräddarsydda för att passa deras egna forskningsbehov.

Det elektriskt ledande 3D-tryckta hydrogelbläcket kan skapa komplexa 3D-kretsar och är inte begränsat till plana konstruktioner, vilket gör det möjligt för forskare att göra anpassningsbar bioelektronik skräddarsydd för patientspecifika krav.

Genom att använda dessa 3D-skrivare kunde Deo skriva ut elektriskt aktiva och töjbara elektroniska enheter. Dessa enheter uppvisar extraordinära belastningsavkännande egenskaper och kan användas för att konstruera anpassningsbara övervakningssystem. Detta öppnar också för nya möjligheter för att designa töjbara sensorer med integrerade mikroelektroniska komponenter.

En av de potentiella tillämpningarna av det nya bläcket är i 3D-utskrift av elektroniska tatueringar för patienter med Parkinsons sjukdom. Forskare föreställer sig att denna tryckta e-tatuering kan övervaka en patients rörelser, inklusive skakningar. + Utforska vidare

Använda kolloidala nanoskivor för 3D-bioprinting av vävnader och vävnadsmodeller