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Sep 17, 2023

Nuova stampa 3D

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Ariadna Cortes/IStock

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L'elettronica flessibile è stata utilizzata in molti campi, dai sensori, agli attuatori, alla microfluidica e all'elettronica. Possono essere substrati flessibili, conformi, estensibili per l'indossabilità ad applicazioni impiantabili o ingeribili, ma a causa delle sostanze che contengono non è stato possibile integrarli nel corpo umano.

Tuttavia, un team di ricercatori della Texas A&M University ha sviluppato una nuova classe di inchiostri biomateriali con stampa 3D che imitano i tessuti umani, proprio come la pelle.

Lo studio è stato recentemente pubblicato su ACS Nano.

Secondo lo studio, l’inchiostro biomateriale di nuova produzione sfrutta una nuova classe di nanomateriali 2D noti come bisolfuro di molibdeno (MoS2). Questa struttura a strati sottili di Mo32 coinvolge centri di difetto per renderlo chimicamente attivo e, combinata con gelatina modificata per ottenere un idrogel flessibile, è paragonabile alla struttura di Jell-O.

Ingegneria A&M del Texas

“L’impatto di questo lavoro è di vasta portata nella stampa 3D”, ha affermato Akhilesh Gaharwar, professore associato presso il Dipartimento di ingegneria biomedica e Presidential Impact Fellow.

"Questo inchiostro idrogel di nuova concezione è altamente biocompatibile ed elettricamente conduttivo, aprendo la strada alla prossima generazione di bioelettronica indossabile e impiantabile", ha affermato.

I ricercatori hanno amalgamato nanomateriali elettricamente conduttivi all’interno di gelatina modificata per creare un inchiostro idrogel necessario per la progettazione di inchiostri adatti alla stampa 3D.

Normalmente, l'inchiostro ha proprietà di assottigliamento del taglio che diminuiscono di viscosità all'aumentare della forza. Per questo motivo, anche se rimane allo stato solido in un tubo, quando esce si trasforma in un liquido.

Laboratorio Gaharwar/Università A&M del Texas

In base ai risultati della ricerca, vediamo che questo inchiostro 3D di nuova produzione è indossabile e per questo motivo si ritiene che ai malati di Parkinson, ad esempio, possa essere iniettato sotto la pelle per facilitarne il monitoraggio.

“Questi dispositivi stampati in 3D sono estremamente elastomerici e possono essere compressi, piegati o attorcigliati senza rompersi”, ha affermato Kaivalya Deo, uno studente laureato presso il dipartimento di ingegneria biomedica e autore principale dell’articolo. "Inoltre, questi dispositivi sono attivi elettronicamente, consentendo loro di monitorare il movimento umano dinamico e aprendo la strada al monitoraggio continuo del movimento", ha anche detto.

Questo progetto è in collaborazione con il dottor Anthony Guiseppi-Elie, vicepresidente degli affari accademici e dello sviluppo della forza lavoro presso il Tri-County Technical College nella Carolina del Sud, e il dottor Limei Tian, ​​assistente professore di ingegneria biomedica presso la Texas A&M.

Questo studio è stato finanziato dal National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, dal National Institute of Neurological Disorders and Stroke e dal President's Excellence Fund della Texas A&M University. Un brevetto provvisorio su questa tecnologia è stato depositato in associazione con la Texas A&M Engineering Experiment Station.

Estratto dello studio:

L'elettronica flessibile richiede biointerfacce elastomeriche e conduttive con proprietà meccaniche native simili ai tessuti. Gli approcci convenzionali per progettare tale biointerfaccia spesso utilizzano nanomateriali conduttivi in ​​combinazione con idrogel polimerici reticolati utilizzando fotoiniziatori tossici. Inoltre, questi sistemi spesso dimostrano una scarsa biocompatibilità e devono affrontare 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 biomateriali per la stampa 3D di prodotti bioelettronici flessibili. Questi idrogel sono progettati attraverso una facile gelificazione guidata dai posti vacanti di nanoassiemi di MoS2 con gelatina polimerica tiolata di derivazione naturale. Grazie alle proprietà di assottigliamento del taglio, questi idrogel nanoingegnerizzati possono essere stampati in forme complesse in grado di rispondere alla deformazione meccanica. Gli idrogel nanoingegnerizzati reticolati chimicamente dimostrano un aumento di 20 volte dei moduli di compressione e possono resistere fino all'80% di deformazione senza deformazione permanente, soddisfacendo la flessibilità anatomica umana. La rete nanoingegnerizzata presenta 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 caratteristiche meccaniche, elettroniche e biologiche migliorate per varie applicazioni biomediche emergenti, tra cui biosensori flessibili stampati in 3D, attuatori, optoelettronica e dispositivi di somministrazione terapeutica.