นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยฮูสตันได้พัฒนาวิธีการใหม่ในการพิมพ์ไบโอเซนเซอร์แบบ 3 มิติ ที่วันหนึ่งอาจถูกฝังไว้ในโฮสต์ของมนุษย์
การใช้มัลติโฟตอนลิโทกราฟี (MPL) วิธีการของทีมเกี่ยวข้องกับเรซินโพลีเมอร์ที่บรรจุวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อินทรีย์ทีละชั้นเพื่อสร้างแผงวงจรขนาดเล็กที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ จนถึงตอนนี้ นักวิจัยได้ใช้กระบวนการของพวกเขาเพื่อสร้างเซ็นเซอร์กลูโคสที่มีความแม่นยำสูง แต่ด้วยการวิจัยและพัฒนาเพิ่มเติม พวกเขาเชื่อว่าจะสามารถปูทางสำหรับการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพรุ่นใหม่ได้
"ที่นี่ เรซินไวแสงที่สม่ำเสมอและโปร่งใสที่เจือด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อินทรีย์ (OS) ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างโครงสร้างจุลภาคแบบคอมโพสิต 3 มิติ (OSCMs)" ทีมงานกล่าวในเอกสารของพวกเขา "[ผลลัพธ์ของเรา] แสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่ยอดเยี่ยมของอุปกรณ์เหล่านี้สำหรับการใช้งานที่หลากหลายตั้งแต่ไบโออิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดหยุ่นไปจนถึงนาโนอิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์อวัยวะบนชิป"
นำรากฟันเทียมมาสู่ชีวิต
ในบทความของพวกเขา นักวิจัยระบุว่า MPL เป็นเทคโนโลยี "ล้ำสมัย" ในการพิมพ์ 3D การเขียนด้วยเลเซอร์โดยตรง (DLW) เนื่องจากความเก่งกาจของวัสดุและความแม่นยำสูงที่สามารถทำได้ (ความละเอียดลดลงถึง 15 นาโนเมตร) . ). ด้วยเหตุนี้ ทีมงานของฮูสตันจึงมองว่าเทคโนโลยีนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตอุปกรณ์นาโนอิเล็กทรอนิกส์ประเภทหนึ่ง ซึ่งเป็นหัวข้อของการวิจัยอย่างเข้มข้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา
อย่างไรก็ตาม ความเป็นไปได้ของการพิมพ์ 3 มิติ การปลูกถ่ายชีวภาพดังกล่าวยังคงถูกจำกัดด้วยค่าการนำไฟฟ้าต่ำของวัสดุที่ใช้ในการผลิต ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า นี่เป็นเพราะต้นแบบอิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพมักจะทำจากท่อนาโนคาร์บอนหรือกราฟีน ดังนั้นพวกมันจึงมีคุณสมบัติอนินทรีย์ที่ "ยากต่อการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในเรซิน" และ "ไม่มีการแยกเฟสอย่างมีนัยสำคัญ"
เพื่อเอาชนะข้อบกพร่องเหล่านี้ นักวิจัยในฮูสตันจึงได้พัฒนาเรซิน MPL ของตนเอง ซึ่งประกอบด้วยพอลิเมอร์ PEGA ที่โหลด DMSO, PEDOT: PSS สารกึ่งตัวนำอินทรีย์ PSS, ลามินิน และกลูโคสออกซิเดส ซึ่งสามารถพิมพ์ 3 มิติได้อย่างแม่นยำในบอร์ดมินิไบโอมที่มีลักษณะเหมือนกัน
3D พิมพ์ cytocompatible PCB
ในขั้นต้น นักวิจัยใช้วัสดุของพวกเขาในการผลิตอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ รวมถึงแผงวงจรพิมพ์ (PCBs) ซึ่งมีอาร์เรย์ของตัวเก็บประจุขนาดเล็ก เมื่อพวกเขาแสดงประสิทธิผลของเทคนิคแล้ว ทีมงานก็เริ่มทดลองกับลามินิน ซึ่งเป็นไกลโคโปรตีนที่พบในเยื่อหุ้มของเนื้อเยื่อสัตว์ต่างๆ ที่ส่งเสริมการเกาะติด การส่งสัญญาณ และการย้ายถิ่นของเซลล์
หลังจากใส่โปรตีนลงในเรซินแล้ว ทีมงานได้ดำเนินการพิมพ์ 3 มิติลงในโครงสร้างจุลภาคที่ซับซ้อนมากขึ้น จากนั้นจึงเพาะเลี้ยงในเนื้อเยื่อของเมาส์เป็นเวลา 48 ชั่วโมง เมื่อเทียบกับตัวอย่างที่ไม่ได้ใช้ยา นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่าเซลล์ของพวกมันแสดงหลักฐานของ "การรอดชีวิตที่เพิ่มขึ้น" ในขณะที่ยังคงความสามารถในการส่งเสริมการยึดติดและการเพิ่มจำนวน
หลังจากพิจารณาความเข้ากันได้ทางชีวภาพของรากฟันเทียมแล้ว นักวิจัยได้พยายามประเมินคุณสมบัติทางไฟฟ้าเคมีของอุปกรณ์เหล่านี้ การทดสอบที่ความถี่ที่เกี่ยวข้องทางชีวภาพที่ 1 kHz แสดงให้เห็นว่าเมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของไมโครอิเล็กโทรดเพิ่มขึ้น อิมพีแดนซ์ไฟฟ้าของ PCB ของทีมก็ลดลงทุกความถี่ (1 ถึง 105 Hz) โดยผลลัพธ์ "สอดคล้องกับผลลัพธ์ที่รายงานก่อนหน้านี้"
ในที่สุด เพื่อแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการประยุกต์ใช้วิธีการของพวกเขา นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้มันเพื่อผลิตไบโอเซนเซอร์ชนิดใหม่ที่สามารถตรวจจับระดับน้ำตาลกลูโคสที่มีความเสถียรและความแม่นยำสูงโดยใช้กระแสไฟฟ้า เนื่องจากอุปกรณ์ดังกล่าวมีความไวมากกว่าจอภาพปัจจุบันถึงสิบเท่า ทีมงานกล่าวว่าเรซินของพวกเขาสามารถช่วยเร่งความก้าวหน้าของมนุษย์ไปสู่การปลูกถ่ายไซเบอร์เนติกส์ได้
"เราคาดว่าเรซินคอมโพสิต OS ที่แสดงให้เห็นจะผลิตโครงสร้างจุลภาคที่อ่อนนุ่ม ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ และนำไฟฟ้าได้สำหรับการใช้งานที่หลากหลายในด้านที่เกิดขึ้นใหม่ เช่น ไบโออิเล็กทรอนิกส์/ไบโอเซนเซอร์ที่ยืดหยุ่นได้ นาโนอิเล็กทรอนิกส์ อวัยวะบนชิป และการบำบัดด้วยเซลล์ภูมิคุ้มกัน ปูทาง” นักวิจัยสรุปในเอกสารของพวกเขา
