Các nhà khoa học tại Đại học Houston đã phát triển một phương pháp mới của cảm biến sinh học in 3D mà một ngày nào đó có thể cấy vào vật chủ là người.
Sử dụng kỹ thuật in thạch bản đa photon (MPL), phương pháp của nhóm nghiên cứu liên quan đến việc trùng hợp các loại nhựa được nạp bằng vật liệu bán dẫn hữu cơ từng lớp một để tạo thành các bảng mạch tương thích sinh học cực nhỏ. Cho đến nay, các nhà nghiên cứu đã sử dụng quy trình của mình để tạo ra các cảm biến glucose có độ chính xác cao, nhưng với những nghiên cứu và phát triển sâu hơn, họ tin rằng nó có thể mở đường cho việc sản xuất một thế hệ thiết bị điện tử sinh học mới.
Nhóm nghiên cứu cho biết trong bài báo: “Ở đây, một loại nhựa cảm quang đồng nhất và trong suốt được pha tạp với vật liệu bán dẫn hữu cơ (OS) để chế tạo các vi cấu trúc tổng hợp 3D OS (OSCM) khác nhau”. "Kết quả của [chúng tôi] chứng minh tiềm năng to lớn của những thiết bị này cho một loạt các ứng dụng khác nhau, từ điện tử sinh học linh hoạt đến điện tử nano và các thiết bị nội tạng trên chip."
Đưa cấy ghép dẫn điện vào cuộc sống
Trong bài báo của mình, các nhà nghiên cứu đã xác định MPL là công nghệ "hiện đại" trong in 3D bằng tia laser trực tiếp (DLW) do tính linh hoạt của vật liệu và độ chính xác cao mà nó có thể đạt được (độ phân giải xuống 15 nanomet) . ). Do đó, nhóm nghiên cứu ở Houston coi công nghệ này là lý tưởng để sản xuất loại thiết bị điện tử nano đã là chủ đề của các nghiên cứu chuyên sâu trong vài năm qua.
Tuy nhiên, khả năng tồn tại của việc in 3D những mảnh ghép sinh học như vậy tiếp tục bị hạn chế bởi độ dẫn điện thấp của các vật liệu được sử dụng để sản xuất chúng. Theo các nhà khoa học, điều này là do nguyên mẫu điện tử sinh học thường được làm bằng ống nano carbon hoặc graphene, vì vậy chúng có đặc tính vô cơ là "khó phân tán đồng nhất trong nhựa" và "không có sự phân tách pha đáng kể".
Do đó, để khắc phục những thiếu sót này, các nhà nghiên cứu ở Houston đã phát triển nhựa MPL của riêng họ, bao gồm polyme PEGA được nạp DMSO, PEDOT: chất bán dẫn hữu cơ PSS, laminin và glucose oxidase, có thể được in 3D chính xác thành Ban quần xã sinh vật nhỏ với các đặc điểm đồng nhất
PCB tương thích mạng được in 3D
Ban đầu, các nhà nghiên cứu sử dụng vật liệu của họ để sản xuất nhiều loại thiết bị vi điện tử, bao gồm bảng mạch in (PCB), chứa một loạt các tụ điện siêu nhỏ. Sau khi chứng minh được tính hiệu quả của kỹ thuật, nhóm nghiên cứu bắt đầu thử nghiệm với laminin, một glycoprotein được tìm thấy trong màng của các mô động vật khác nhau giúp thúc đẩy quá trình gắn kết, truyền tín hiệu và di cư của tế bào.
Sau khi nạp nhựa với protein, nhóm nghiên cứu tiếp tục in 3D nó thành các cấu trúc vi mô phức tạp hơn, sau đó được nuôi cấy trong mô chuột trong 48 giờ. So với các mẫu không chuyên dụng, các nhà khoa học lưu ý rằng các tế bào của họ cho thấy bằng chứng về "khả năng sống sót được nâng cao" trong khi vẫn giữ được khả năng thúc đẩy sự gắn kết và tăng sinh.
Sau khi xác định khả năng tương thích sinh học của các thiết bị cấy ghép, các nhà nghiên cứu đã tìm cách đánh giá các đặc tính điện hóa của các thiết bị này. Thử nghiệm ở tần số liên quan sinh học 1 kHz cho thấy khi đường kính của vi điện cực tăng lên, trở kháng điện của PCB của nhóm nghiên cứu giảm ở tất cả các tần số (1 đến 105 Hz), với kết quả "phù hợp với kết quả được báo cáo trước đó"
Cuối cùng, để chứng minh ứng dụng tiềm năng của phương pháp này, các nhà khoa học đã sử dụng nó để sản xuất một loại cảm biến sinh học mới có khả năng phát hiện nồng độ glucose với độ ổn định và độ chính xác cao bằng cách sử dụng dòng điện. Cho rằng thiết bị nhạy hơn mười lần so với các màn hình hiện tại, nhóm nghiên cứu cho biết nhựa của họ giờ đây có thể giúp đẩy nhanh tiến độ của con người đối với việc cấy ghép từ tính điều khiển học.
"Chúng tôi dự đoán rằng các loại nhựa composite OS tương thích với MPL đã được chứng minh sẽ tạo ra các vi cấu trúc mềm, hoạt tính sinh học và dẫn điện cho nhiều ứng dụng khác nhau trong các lĩnh vực mới nổi như điện tử sinh học linh hoạt / cảm biến sinh học, điện tử nano, nội tạng trên chip và liệu pháp tế bào miễn dịch Mở đường. ", Các nhà nghiên cứu kết luận trong bài báo của họ.
