Inchiostro nanotecnologico per la progettazione di bioelettronica flessibile stampabile in 3D
L’elettronica flessibile richiede biointerfacce elastomeriche e conduttive con proprietà meccaniche native simili ai tessuti. Gli approcci convenzionali per progettare una tale biointerfaccia spesso utilizzano nanomateriali conduttivi in combinazione con idrogel polimerici che sono reticolati utilizzando fotoiniziatori tossici. Inoltre, questi sistemi dimostrano spesso una scarsa biocompatibilità e affrontano compromessi tra conduttività e rigidità meccanica in condizioni fisiologiche. Per affrontare queste sfide, abbiamo sviluppato una classe di idrogel che assottigliano il taglio come inchiostri per biomateriali per la bioelettronica flessibile della stampa 3D. Questi idrogel sono ingegnerizzati attraverso una facile gelificazione di MoS 2 basata sul posto vacantenanoassiemi con gelatina tiolata polimerica di derivazione naturale. A causa delle proprietà di assottigliamento del taglio, questi idrogel nanoingegnerizzati possono essere stampati in forme complesse che possono rispondere alla deformazione meccanica. Gli idrogel nanotecnologici reticolati chimicamente dimostrano un aumento di 20 volte dei moduli di compressione e possono sopportare una deformazione fino all’80% senza deformazioni permanenti, soddisfacendo la flessibilità anatomica umana. La rete nanoingegnerizzata mostra elevata conduttività, modulo di compressione, pseudocapacità e biocompatibilità. La struttura reticolata stampata in 3D dimostra un’eccellente sensibilità alla deformazione e può essere utilizzata come elettronica indossabile per rilevare varie dinamiche di movimento. Nel complesso, i risultati suggeriscono che questi idrogel nanoingegnerizzati offrono miglioramenti meccanici, elettronici.
Uno staff di ricercatori della Texas A&M University ha creato un nuovo bioinchiostro per la stampa 3D che sfrutta la conduttività di un nuovo nanomateriale e la biocompatibilità dell’idrogel. Il materiale per la biostampa potrebbe aiutarli a sviluppare la prossima generazione di dispositivi impiantabili e indossabili che un giorno potrebbero, un giorno, essere inseriti all’interno degli individui.
C’è stato un crescente interesse per i materiali conduttivi e biocompatibili per la produzione di dispositivi medici. Come dettagliato nella rivista ACS Nano , questo nuovo studio può contribuire in modo significativo a questo campo.
Il team di Texas A&M, guidato dallo studente laureato Kaivalya Deo, ha sfruttato il bisolfuro di molibdeno (MoS 2 ), una nuova classe di nanomateriali 2D, nei loro bioinchiostri, consentendo alle strutture stampate di essere molto conduttive ed estremamente biocompatibili. Il bisolfuro di molibdeno contiene centri di difetto che consentono agli elettroni di passare con facilità, replicando molto bene le caratteristiche dei tessuti umani altamente conduttivi.
L’inchiostro ha anche proprietà di diradamento del taglio, che lo aiutano a rimanere solido quando dentro e fuori dalla testina di deposizione, ma quando estruso agisce come un liquido, simile a quello del dentifricio o del ketchup. L’inchiostro reticolato è stato stampato in complessi circuiti 3D e ha dimostrato di essere utile per i dispositivi elettronici che monitorano continuamente il movimento. Il materiale è anche meccanicamente robusto e può piegarsi, torcersi e comprimersi senza danneggiare il dispositivo.
Tutto questo lavoro è stato svolto utilizzando software open source e parti di bioprinter disponibili in commercio. Questo apre la porta agli scienziati di tutto il mondo per replicare ed espandere questi risultati iniziali in qualsiasi direzione decidano di perseguire. Il dottor Akhilesh Gaharwar, professore associato presso il Dipartimento di ingegneria biomedica e Presidential Impact Fellow presso la Texas A&M, ne pubblicizza il potenziale, affermando: “L’impatto di questo lavoro è di vasta portata nella stampa 3D. Questo inchiostro idrogel di nuova concezione è altamente biocompatibile ed elettricamente conduttivo e potrebbe aprire la strada alla prossima generazione di bioelettronica indossabile e impiantabile.
Mentre i ricercatori del Texas A&M vedono il meglio in questo materiale, sarà necessario condurre ulteriori ricerche se vogliono raggiungere il loro obiettivo di utilizzare questo nuovo bioinchiostro per applicazioni come la stampa di tatuaggi elettronici in grado di monitorare i movimenti di un paziente di Parkinson. Questo primo documento è un inizio verso questo obiettivo e presenta un inchiostro che riempie un buco tanto necessario nello spazio della ricerca biomedica. Se il team può continuare a migliorare l’inchiostro da qui, potrebbe diventare una pietra miliare per l’elettronica indossabile in futuro.
(Fonte: Texas A&M University)