Ученые из Университета Хьюстона разработали новый метод 3D-печати биосенсоров, которые однажды можно будет имплантировать в человека.
Используя многофотонную литографию (MPL), процесс производства датчиков включает полимеризацию смолы, наполненной органическим полупроводниковым материалом, послойно формируя крошечные биосовместимые печатные платы. До сих пор исследователи использовали этот процесс только лишь для создания высокоточных датчиков глюкозы, но, по их мнению, дальнейшие исследования и разработки могут проложить путь к производству биоэлектронных устройств нового поколения.
«В этой технологии используется однородная и прозрачная светочувствительная смола, легированная органическим полупроводником (OS), для изготовления различных трехмерных композитных микроструктур OS (OSCM)», — говорится в их статье. «[Наши] результаты демонстрируют большой потенциал этих устройств для широкого спектра приложений, от гибкой биоэлектроники до наноэлектроники и устройств «орган-на-чипе»».
В своей статье исследователи определяют MPL как «современную» 3D-печать с по технологии DLW, благодаря высокому уровню точности которой процесс может достичь крайне высокого разрешения печати (вплоть до разрешения 15 нм). Таким образом, команда из Хьюстона считает эту технологию идеальной для производства наноэлектронных устройств, которые стали предметом интенсивных исследований за последние несколько лет.
Однако жизнеспособность 3D-печати таких биоимплантатов по-прежнему ограничена малым количеством материалов, используемых для их производства. По словам ученых, это связано с тем, что прототипы биоэлектроники часто изготавливаются из углеродных нанотрубок или графена, поэтому они обладают неорганическими свойствами, которые весьма трудно использовать в смолах.
Чтобы нивелировать эти недостатки, исследователи из Хьюстона разработали собственную смолу MPL, состоящую из полимера PEGA, наполненного диметилсульфоксидом, органического полупроводника PEDOT:PSS, ламинина и глюкозооксидазы. С этим раствором стало возможно печатать мини-биопечатные платы требуемого качества.
Первоначально исследователи использовали свой материал для производства нескольких микроэлектронных устройств, включая печатную плату с набором микроконденсаторов. После того, как они продемонстрировали эффективность своей техники, команда начала экспериментировать с ламинином, гликопротеином, обнаруженным в мембранах различных тканей животных, который облегчает прикрепление клеток, передачу сигналов и передвижение клеток.
Добавив в свой материал эти белки, команда приступила к 3D-печати более сложных структур, а затем культивировали их внутри тканей мыши в течение 48 часов. Ученые отметили, что их клетки демонстрируют признаки «повышенной выживаемости», сохраняя при этом способность как к прикреплению, так и к пролиферации.
Установив биосовместимость своих имплантатов, исследователи попытались оценить электрохимические свойства устройств. Тестирование на биологически релевантной частоте 1 кГц показало, что электрический импеданс печатных плат команды уменьшался на всех частотах (от 1 до 105 Гц) по мере увеличения диаметра микроэлектродов, что «согласуется с результатами, о которых сообщалось ранее».
Наконец, чтобы продемонстрировать потенциальное применение своего подхода, ученые использовали его для создания нового биосенсора, способного использовать электрические токи для определения уровня глюкозы с высокой стабильностью и точностью. Учитывая, что чувствительность этого устройства в десять раз выше, чем у современных устройств, команда получила полное право утверждать, что их технология может стать прорывом в области кибернетических имплантов.
На этом все! Спасибо за внимание!