柔性電子技術(shù)使得傳感器、驅(qū)動器、微流體和電子器件的設(shè)計能夠在柔性、共形和/或可拉伸的子層上進行,以應(yīng)用于可穿戴、可植入或可攝取等領(lǐng)域。然而,與人體組織相比,這些設(shè)備具有非常不同的機械和生物特性,因此不能與人體很好集成。
得克薩斯農(nóng)工大學(xué)的一組研究人員開發(fā)了一種新的生物材料墨水,這種墨水模仿了人體組織具有的高導(dǎo)電性固有特征,和人體皮膚非常相像,這是墨水用于3D打印的必要條件。
這種生物材料油墨利用了一種新的2D納米材料,稱為二硫化鉬(MoS2)。MoS2的薄層結(jié)構(gòu)包含缺陷中心,使其具有化學(xué)活性,并與改性明膠結(jié)合,獲得與Jell-O結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)娜嵝运z。
生物醫(yī)學(xué)工程系副教授Akhilesh Gaharwar博士表示:“這項研究對3D打印的影響是深遠(yuǎn)的。這種新設(shè)計的水凝膠墨水具有高度的生物相容性和導(dǎo)電性,為下一代可穿戴和可植入生物電子設(shè)備鋪平了道路?!?/p>
該墨水具有剪切稀化特性,隨著力的增加,粘度降低,因此它在管內(nèi)是固體,但在擠壓時更像液體一樣流動,類似于番茄醬或牙膏。該團隊將這些導(dǎo)電納米材料植入改性明膠中,以制備水凝膠油墨,其特性對于設(shè)計有利于3D打印的油墨至關(guān)重要。
生物醫(yī)學(xué)工程系研究生Kaivalya Deo表示:“這些3D打印設(shè)備極具彈性,可以壓縮、彎曲或扭曲而不會斷裂。此外,這些設(shè)備具有電子活性,使它們能夠監(jiān)測人體動態(tài)運動,并為連續(xù)進行運動監(jiān)測鋪平道路?!?/p>
為了3D打印墨水,Gaharwar實驗室的研究人員設(shè)計了一款具有成本效益高、開源、多頭的3D生物打印機,該打印機功能齊全,并可定制,運行在開源工具和免費軟件上。這也允許任何研究人員根據(jù)自己的研究需要定制3D生物打印機。
導(dǎo)電3D打印水凝膠墨水可以創(chuàng)建復(fù)雜的3D電路,并且不限于平面設(shè)計,它允許研究人員根據(jù)患者的具體要求定制生物電子設(shè)備。
通過使用這些3D打印機,Deo能夠打印具有電活性和可伸縮的電子設(shè)備。這些設(shè)備展示了非凡的應(yīng)變傳感能力,可用于工程定制監(jiān)控系統(tǒng)。這也為設(shè)計具有集成微電子元件的可拉伸傳感器開辟了新的可能性。
新墨水的潛在應(yīng)用之一是帕金森病患者的3D打印電子紋身。研究人員設(shè)想,這種打印的電子紋身可以監(jiān)測患者的運動,包括震顫。
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原文標(biāo)題:為3D打印可穿戴生物電子設(shè)備而設(shè)計的新油墨
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