柔性电子器件使传感器、致动器、微流体和电子器件在柔性、保形和/或可拉伸亚层上的设计成为可能,用于可穿戴、可植入或可消化的应用。然而,与人体组织相比,这些设备的机械和生物性能有很大的不同,因此不能与人体结合。
德州农工大学的一组研究人员开发了一种新型生物材料墨水,它模仿了高导电性人体组织的固有特征,就像皮肤一样,这是3D打印中使用墨水的必要条件。
这种生物材料墨水利用了一种被称为二硫化钼(MoS2)的新型2D纳米材料。MoS2的薄层结构包含缺陷中心,使其具有化学活性,并与改性明胶结合,获得一种可媲美果冻结构的柔性水凝胶。
生物医学工程系副教授、总统影响研究员Akhilesh Gaharwar说:“这项工作对3D打印的影响是深远的。这种新设计的水凝胶墨水具有高度的生物相容性和导电性能,为下一代可穿戴和可植入的生物电子产品铺平了道路。”这项研究最近发表在ACS纳米杂志上。
这种墨水具有剪切稀释特性,随着力的增加粘度会下降,所以它在管内是固体,但被挤压时更像液体一样流动,类似于番茄酱或牙膏。该团队将这些导电纳米材料结合在一种改性明胶中,从而制造出一种水凝胶墨水,其特性对于设计有利于3D打印的墨水至关重要。
这些3d打印设备具有极强的弹性,可以被压缩、弯曲或扭曲而不断裂,此外,这些设备是电子主动的,使它们能够监测人体的动态动作,为连续运动监测铺平了道路。为了3D打印墨水,Gaharwar实验室的研究人员设计了一种成本低、开源、多头的3D生物打印机,该打印机功能齐全,可定制,可在开源工具和免费软件上运行。这也允许任何研究人员构建3D生物打印机,以满足他们自己的研究需求。
这种导电的3D打印水凝胶墨水可以创建复杂的3D电路,而且不局限于平面设计,使研究人员能够根据患者的具体要求定制生物电子产品。利用这些3D打印机,Deo能够打印出电活性和可拉伸的电子设备。这些设备具有非凡的应变传感能力,可用于工程定制监测系统。这也为设计集成了微电子元件的可伸缩传感器提供了新的可能性。
这种新型墨水的潜在应用之一是为帕金森氏症患者进行3D打印电子纹身。研究人员设想这种打印的电子纹身可以监测病人的运动,包括震颤。
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