Команда исследователей из Университета A & M в Тексасе разработала новый класс чернил из биоматериала, которые имитируют естественные характеристики высокопроводящих тканей человека, во многом похожих на кожу, которые необходимы для использования чернил в 3D-печати.

Эти чернила из биоматериала используют новый класс двумерных наноматериалов, известных как дисульфид молибдена (MoS₂). Тонкослойная структура МоС₂ содержит дефектные центры, что делает его химически активным, и в сочетании с модифицированным желатином позволяет получить гибкий гидрогель, сравнимый по структуре с желе.

"Влияние этой работы на 3D-печать имеет далеко идущие последствия", - сказал доктор Ахилеш Гахарвар, адъюнкт-профессор кафедры биомедицинской инженерии и стипендиат Президентской программы Impact. "Эти недавно разработанные гидрогелевые чернила обладают высокой биосовместимостью и электропроводностью, прокладывая путь для следующего поколения носимой и имплантируемой биоэлектроники".

Это исследование было недавно опубликовано в ACS Nano.

Чернила обладают свойствами разжижения при сдвиге, вязкость которых уменьшается с увеличением усилия, поэтому внутри тюбика они твердые, но при сжатии текут скорее как жидкость, похожая на кетчуп или зубную пасту. Команда включила эти электропроводящие наноматериалы в модифицированный желатин, чтобы получить гидрогелевые чернила с характеристиками, которые необходимы для разработки чернил, пригодных для 3D-печати.

"Эти устройства с 3D-печатью чрезвычайно эластомерны и могут быть сжаты, согнуты или скручены без разрушения", - сказала Кайвалья Део, аспирант кафедры биомедицинской инженерии и ведущий автор статьи. "Кроме того, эти устройства являются электронно активными, что позволяет им отслеживать динамические движения человека и прокладывает путь к непрерывному мониторингу движения".

Для 3D-печати чернил исследователи из лаборатории Гахарвар разработали экономичный многоголовочный 3D-биопринтер с открытым исходным кодом, полностью функциональный и настраиваемый, работающий на инструментах с открытым исходным кодом и бесплатных программах. Это также позволяет любому исследователю создавать 3D-биопринтеры, адаптированные к его собственным исследовательским потребностям.

Электропроводящие гидрогелевые чернила с 3D-печатью позволяют создавать сложные 3D-схемы и не ограничиваются плоскими конструкциями, позволяя исследователям создавать настраиваемую биоэлектронику, адаптированную к конкретным требованиям пациента.

Используя эти 3D-принтеры, Deo смогла печатать электрически активные и растягивающиеся электронные устройства. Эти устройства демонстрируют исключительные возможности тензодатчика и могут быть использованы для разработки настраиваемых систем мониторинга. Это также открывает новые возможности для проектирования растягиваемых датчиков со встроенными микроэлектронными компонентами.

Одним из потенциальных применений новых чернил является 3D-печать электронных татуировок для пациентов с болезнью Паркинсона. Исследователи предполагают, что эта напечатанная электронная татуировка может отслеживать движения пациента, включая тремор.

Этот проект осуществляется в сотрудничестве с доктором Энтони Гизеппи-Эли, вице-президентом по академическим вопросам и развитию рабочей силы в Техническом колледже Три-Каунти, и доктором Лимей Тианом, доцентом биомедицинской инженерии в Техасском университете A &M.

Это исследование финансировалось Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии, Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта и Фондом передового опыта президента Техасского университета A &M. Предварительный патент на эту технологию был подан совместно с Техасской инженерной экспериментальной станцией A&M.