La ricerca dell’Università di Houston consente la stampa 3D di “elettronica organica”
Elettronica organica su microscala per l’uso nella bioelettronica tramite stampanti 3D multifotone
Guardando al futuro della produzione di elettronica organica su micro scala, Mohammad Reza Abidian – professore associato di ingegneria biomedica presso l’Università di Houston Cullen College of Engineering – vede il loro potenziale per l’uso nell’elettronica flessibile e nella bioelettronica, tramite stampanti 3-D multifotoniche .
L’ultimo articolo del suo gruppo di ricerca esamina la possibilità di quella tecnologia. “Litografia multifotonica di dispositivi a semiconduttore organico per la stampa 3D di circuiti elettronici flessibili, biosensori e bioelettronica” è stata pubblicata online in Advanced Materials.
Negli ultimi anni, la stampa 3D di elettronica è diventata una tecnologia promettente grazie alle loro potenziali applicazioni in campi emergenti come la nanoelettronica e la nanofotonica. Tra le tecnologie di microfabbricazione 3D, la litografia multifotonica (MPL) è considerata lo stato dell’arte tra i metodi di microfabbricazione con una vera capacità di fabbricazione 3D, un eccellente livello di controllo spaziale e temporale e la versatilità di materiali fotosensibili composti principalmente da acrilato polimeri/monomeri o fotoresist a base epossidica.
“In questo documento abbiamo introdotto una nuova resina fotosensibile drogata con un materiale semiconduttore organico (OS) per fabbricare microstrutture 3D altamente conduttive con caratteristiche strutturali di alta qualità tramite il processo MPL”, ha affermato Abidian.
Hanno dimostrato che il processo di fabbricazione potrebbe essere eseguito su vetro e poli(dimetilsilosano) substrato flessibile. Hanno dimostrato che il caricamento di un minimo dello 0,5% in peso di OS nella resina ha aumentato notevolmente la conduttività elettrica del polimero composito semiconduttore organico stampato di oltre 10 ordini di grandezza.
“L’eccellente conduttività elettrica può essere attribuita alla presenza di OS nelle catene polimeriche reticolate, fornendo percorsi di conduzione sia ionici che elettronici lungo le catene polimeriche”, ha affermato Abidian.
Per dimostrare le potenziali applicazioni elettroniche basate sulla resina composita OS, il suo team ha fabbricato vari dispositivi microelettronici, tra cui un circuito microstampato, che comprende vari elementi elettrici e una serie di microcondensatori.
La biostampa tridimensionale di microdispositivi a semiconduttori organici basati su MPL ha un potenziale in applicazioni biomediche tra cui l’ingegneria dei tessuti, la bioelettronica e i biosensori. Il team di Abidian ha incorporato con successo molecole bioattive come la laminina e la glucosio ossidasi nelle microstrutture composite OS (OSCM). Per confermare che la bioattività della laminina è stata mantenuta durante l’intero processo MPL, le cellule endoteliali primarie di topo sono state coltivate su microstrutture composite OS. Le cellule seminate su OSCM incorporati con laminina mostravano prove di aderenza al substrato, proliferazione e sopravvivenza migliorata.
“Abbiamo anche valutato la biocompatibilità delle strutture composite OS coltivando linfociti, in particolare cellule T e cellule B spleniche, sulle superfici fabbricate e le abbiamo confrontate con le superfici di controllo. Dopo sette giorni di coltura, i polimeri compositi OS non hanno indotto mortalità cellulare con una vitalità cellulare di circa il 94% rispetto alle superfici di controllo”, ha affermato Abidian. “Inoltre, è stato studiato anche il potenziale effetto dei polimeri compositi OS sull’attivazione cellulare. Dopo sette giorni di coltura, non vi era alcuna differenza significativa nell’espressione dei marcatori di attivazione sui linfociti tra le strutture composite OS e le superfici di controllo.
Infine, Abidian ha proposto un metodo senza maschera basato su MPL per la fabbricazione di bioelettronica e biosensori. Hanno fabbricato un biosensore di glucosio simile agli elettrodi neurali in stile Michigan. La glucosio ossidasi, un enzima per il riconoscimento specifico del glucosio, è stata incapsulata all’interno dei microelettrodi compositi OS solidificati tramite il processo MPL. Il biosensore offriva una piattaforma di rilevamento del glucosio altamente sensibile con una sensibilità quasi 10 volte superiore rispetto ai precedenti biosensori del glucosio. Inoltre, questo biosensore ha mostrato un’eccellente specificità e un’elevata riproducibilità.
“Prevediamo che le resine composite OS compatibili con MPL presentate apriranno la strada alla produzione di microstrutture morbide, bioattive e conduttive per varie applicazioni nei campi emergenti della bioelettronica flessibile, dei biosensori, della nanoelettronica, dell’organo su chip e delle cellule immunitarie terapie”. disse Abidian
I coautori dell’articolo includono ex studenti laureati Omid Dadras-Toussi e Milad Khorrami; e il ricercatore post-dottorato Anto Sam Crosslee Louis Sam Titus. Abidian ha elogiato il lavoro dei suoi studenti su questa ricerca e ha notato che Dadras-Toussi avrebbe iniziato un nuovo lavoro con Medtronic, una società S&P 100 con $ 30 miliardi di entrate annuali, questo mese.
Sheereen Majd, professore associato di ingegneria biomedica, e Chandra Mohan, Hugh Roy e Lillie Cranz Cullen Endowed Professor of Biomedical Engineering presso l’UH Cullen College of Engineering sono anche coautori. Abidian ha affermato che i suoi colleghi sono stati collaboratori significativi per la ricerca.
Immagine tramite l’Università di Houston