15 мар 2023 224

Гибкую электронику научились печатать на живых организмах

Исследователи сделали важный шаг в направлении материалов с лазерной 3D-печатью, которые могут использоваться в хирургических процедурах для имплантации или ремонта медицинских устройств.

Группа ученых во главе с исследователями из Университета Ланкастера разработала метод 3D-печати гибкой электроники с использованием проводящего полимера полипиррола. Опыты показали, что можно напрямую печатать электрические структуры на живых организмах или в живых организмах, в конкретном случае — в подопытных круглых червях.

Результаты открытия представили в статье «Создание 3D-объектов со встроенной электроникой с помощью многофотонного изготовления in vitro и in vivo», опубликованной в журнале Advanced Material Technologies («Передовые технологии изготовления материалов»).

Хотя открытие пока находится на стадии проверки концепции, исследователи полагают, что после завершения разработки новый процесс позволит печатать специфические для пациентов имплантаты. Среди перспектив — мониторинг состояния здоровья в режиме реального времени и медицинские вмешательства, например лечение эпилепсии или боли.

Этот подход потенциально преобразует производство сложной 3D-электроники для технических и медицинских применений, включая, например, структуры для связи, дисплеи и датчики. Такие методы могут произвести революцию в способах имплантации, а также ремонте медицинских устройств. Например, однажды подобные технологии можно будет использовать для исправления сломанной имплантированной электроники с помощью процесса, аналогичного лазерной стоматологической или глазной хирургии. После полного развития такая технология может превратить крупную операцию в гораздо более простую, быструю, безопасную и дешёвую процедуру

— Джон Харди, старший преподаватель химии материалов в Университете Ланкастера и один из ведущих авторов исследования.

В двухэтапном исследовании учёные использовали лазерный 3D-принтер с высоким разрешением Nanoscribe для электрической схемы непосредственно в силиконовой матрице, то есть с использованием аддитивного процесса. Они продемонстрировали, что такая электроника может стимулировать нейроны мыши в пробирке аналогично тому, как нейронные электроды используются для глубокой стимуляции целого мозга вживую.

Мы взяли электроды, напечатанные на 3D-принтере, и поместили их на кусочек живой ткани мозга мыши в пробирке. Используя этот подход, мы могли бы вызвать нейронные реакции, аналогичные тем, которые наблюдаются в целых организмах. Готовые имплантаты для широкого спектра тканей обладают терапевтическим потенциалом и могут быть использованы во многих областях исследований

— Дамиан Каммингс, преподаватель неврологии в Университетском колледже Лондона, соавтор исследования.

На втором этапе исследователи напечатали проводящие структуры на 3D-принтере непосредственно на червях-нематодах, демонстрируя, что весь процесс — состав «чернил», лазерное воздействие и печать — совместимы с живыми организмами.

Доктор Александр Бенедетто, старший преподаватель биомедицины в Университете Ланкастера и ещё один ведущий автор исследования, пояснил, что, по сути, они нанесли токопроводящие пластыри на крошечных червей, используя интеллектуальные чернила и лазеры вместо игл. Результат показал, что такая технология может обеспечить точность, безопасность и уровень комфорта, необходимые для медицинского применения. Хотя совершенствование инфракрасных лазерных технологий, разработка и доставка «умных» чернил будут иметь решающее значение для внедрения таких подходов, это открывает путь для очень интересных биомедицинских инноваций.

Исследователи считают, что их достижение — это важный шаг к аддитивному производству для создания передовых технологий и материалов следующего поколения. В частности, речь идёт об интегрированной электронике для технического и индивидуального медицинского применения.

Исследователи полагают, что технология будет полностью разработана примерно через 10–15 лет.