SCI期刊《先进材料技术》:兰卡斯特大学将3D打印电子器件集成到活组织中
时间：2023-03-27 10:20 来源：南极熊 作者：admin 阅读：次
2023年3月，英国兰开斯特大学的一个项目开发了一种3D打印方法，可以将由导电聚合物制成的柔性电子产品整合到生物相容性组织中。他们的研究成果已经发表在《Advanced Materials Technologies》上，题目为《Creating 3D Objects with Integrated Electronics via Multiphoton Fabrication In Vitro and In Vivo》
●这种集成电子器件的三维物体是利用多光子制造原理（直接激光写入，（DLW））的增材制造方法生产的。基于导电聚合物的结构（具有微米级的特征）被打印在示范基质中，这是一种弹性体（聚二甲基硅氧烷，（PDMS）），已被广泛研究用于生物医学应用。
●研究人员还通过光学相干断层扫描评估了PDMS中打印过程的保真度，并证明导电聚合物结构能够在体外刺激小鼠脑组织。
●此外，该方法在活的线虫（Caenorhabditis elegans）体内打印结构的适用性被证明。
这些结果突出了这种增材制造方法在生产下一代先进材料技术方面的潜力，特别是用于技术和医疗应用的集成电子器件。
研究内容：
●集成在三维物体中的基于导电聚合物的电子器件的增材制造 ：
研究人员首先使用780nm的 Nanoscribe 3D 打印机直接在 PDMS 矩阵内 3D 打印电路，并证明导电聚合物可以通过将其连接到体外小鼠大脑切片。该电路成功地刺激了组织中的神经元反应。
集成在柔性基材中的打印电子器件，在技术应用（如显示技术）和医疗应用（如用于与中枢/外周神经系统互动的病人特定的可植入电极）方面具有巨大潜力。打印集成在形状记忆聚合物材料中的导电聚合物结构可能有助于开发开关、神经袖套电极等，并且通过在光学透明的SMP（形状记忆聚酰亚胺，图S6，支持信息）薄膜中/上打印PPY结构，证明有可能实现此类应用。
●集成在三维物体中的导电聚合物电子器件的增材制造在体内进行：
在体内试验，该项目将类似的导电结构直接3D打印到线虫中，这是完整加工顺序（墨水配方、激光曝光和打印）与活生物体相容的首次证明。这需要考虑潜在的毒性和关键的激光参数，以便采用聚合所需的尽可能低的激光功率。
在复杂的环境中（这里是蠕虫的身体），打印的准确性和精确度也会下降。因此，在将该方法转化为较厚的脊椎动物/人体组织时，可能需要采用适应性光学的纠正策略来规避该问题；尽管如此，这代表了在体内打印非导电结构的例子中的技术飞跃。
结论
本研究报告了应用多光子制造工艺创建具有集成电子器件的3D物体：对墨水成分进行硅学毒性筛选，确定可能的细胞相容性配方；通过透光材料进行3D打印，产生分辨率高的导电微米级特征；刺激3D打印的PPY结构与活体脑组织连接，可以诱发特定的突触反应；并且可以直接在体内3D打印PPY结构。
研究人员展示了一系列由这种技术驱动的制造（工业4.0）工艺制造的例子，包括PDMS薄膜和一个生物体（C. elegans）；并强调了潜在的应用，如能够刺激神经组织的电极。可以合理预测，这项技术在以人为本的设计和定制制造（工业5.0）过程中的巨大潜力，用于生产远程医疗的生物电子产品，这代表了在现场直接打印生物医学应用的电子设备的可行性。
从长远来看，相信这种方法能够加速发现、制造和部署由增材制造方法产生的先进材料技术中使用的复杂复合材料，例如，组件选择和成分调整，以实现最佳性能和设备性能。通过这种技术生产的电子产品的潜在技术优势包括：更准确的定位（刺激/记录的细胞更少），以尽量减少不利影响（如组织损伤、免疫反应/炎症），提高特异性、效率和有效性，同时在更多的部位进行刺激或记录，并优化信号与噪音的比值，这样的特性在可植入生物电子装置的设计中具有临床意义。
原文下载链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202201274
(责任编辑：admin)
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