Loại mực mới để in 3 D thiết bị điện tử sinh học đeo trên người
Các vật liệu điện tử có tính linh hoạt cao có thể được dùng để thiết kế các cảm biến, thiết bị dẫn động, vi lưu… thành các lớp điện tử có thể co duỗi, kéo dãn thoải mái cho những ứng dụng thiết bị có thể mang theo người, đưa vào cơ thể người hoặc thậm chí cấy vào cơ thể… Tuy nhiên, các thiết bị như vậy có những đặc tính sinh học và cơ học khác nhau khi so sánh với mô người và không thể tích hợp với cơ thể con người.
Akhilesh Gaharwar và nghiên cứu sinh Kaivalya Deo đã thiết kế một mực in hydrogel có tính tương thích sinh học và khả năng dẫn điện cao. Nguồn: Texas A&M Engineering
Một nhóm nghiên cứu ở trường đại học Texas A&M đã phát triển một lớp mực in bằng vật chất sinh học mới có thể bắt chước các đặc tính tự nhiên có độ dẫn cao của các mô người như gia, vốn là yếu tố cốt lõi của mực được sử dụng trong in 3 D.
Mực in bằng vật liệu sinh học là đòn bẩy cho một lớp vật liệu nano 2 D là molybdenum disulfide (MoS2). Cấu trúc lớp mỏng của MoS2 có các thiếu khuyết ở trung tâm khiến cho nó hoạt hóa về mặt hóa học và kết hợp với gelatin đã được biến đổi để thành hydrogel, một polyme ưa nước liên kết chéo không hòa tan trong nước, so với cấu trúc của Jell-O.
“Công trình này có tác động sâu rộng trong lĩnh vực in 3D”, Akhilesh Gaharwar, phó giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Y sinh, nói. “Thiết kế mới về mực in hydrogel có tính tương thích về sinh học cao và tính dẫn điện cao. Nó đang tiến thêm bước dài trên đường tới thế hệ mới của thiết bị điện tử sinh học có thể cấy ghép và mang theo người”.
Công trình này mới được xuất bản trên tạp chí ACS Nano “Nanoengineered Ink for Designing 3D Printable Flexible Bioelectronics” 1.
Mực in thể rất mỏng khi cắt để làm giảm độ nhớt khi gia lực, vì vậy nó có thể ở thể đặc bên trong ống nhưng lại dễ thành dòng chảy như chất lỏng khi đông lại, tương tự như tương cà hay kem đánh răng. Nhóm nghiên cứu đã tích hợp các vật liệu nano có tính dẫn điện vào bên trong một gelatin đã được biến đổi để tạo ra một loại mực in hydrogel với các đặc tính cốt yếu cho thiết kế mực in phù hợp cho in 3D.
“Các thiết bị được làm từ in 3D đều vô cùng đàn hồi và có thể chịu nén, chịu uốn hoặc xoắn mà không bị vỡ”, Kaivalya Deo, một nghiên cứu sinh trong khoa Kỹ thuật y sinh và tác giả thứ nhất của nghiên cứu, cho biết. “Thêm vào đó, các thiết bị này đều nhạy về mặt điện tử nên cho phép chúng giám sát động năng chuyển động của con người và tiến thêm một bước trên đường thành thiết bị giám sát chuyển động liên tục”.
Trong lĩnh vực mực in dành cho in 3D, các nhà nghiên cứu ở Phòng thí nghiệm Gaharwar đã thiết kế một máy in sinh học 3 D nguồn mở hiệu quả về chi phí, đầy đủ về chức năng và có khả năng tùy biến, vận hành với các công cụ nguồn mở và miễn phí. Điều này cho phép bất kỳ nhà nghiên cứu nào cũng có thể xây dựng máy in sinh học 3D để thiết kế cho phù hợp với nghiên cứu của mình.
Mực in hydrogel cho in 3 D có tính dẫn điện có thể tạo ra các mạch 3D phức hợp và không giới hạn cho các thiết kế hai chiều, cho phép các nhà nghiên cứu có thể thiết kế tùy biến các thiết bị điện tử sinh học cho những bệnh nhân đặc biệt.
Trong cơ sở nghiên cứu các máy in 3D đó, Deo có thể in các thiết bị điện tử có độ co dãn và linh hoạt. Các thiết bị này có các năng lực thụ cảm kỳ diệu và có thể hữu dụng cho các hệ giám sát tùy biến. Điều này mở ra những khả năng có thể mới cho thiết kế các cảm biến có độ co dãn và được tích hợp các hợp phần vi điện tử khác.
Một trong những ứng dụng tiềm năng của mực in mới này là để làm ra các thiết bị điện tử có thể cấy vào các bệnh nhân mắc bệnh Parkinson như hình xăm trên da. Các nhà nghiên cứu mường tượng rằng loại “hình xăm điện tử” được in 3D này có thể giám sát chuyển động của bệnh nhân, bao gồm cả những cái rùng mình.
Thanh Hương tổng hợp
Nguồn: https://techxplore.com/news/2022-08-scientists-inks-3d-printable-wearable-bioelectronics.html
https://www.sciencedaily.com/releases/2022/08/220818122145.htm
———————————————
1. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c09386
