Para ilmuwan di University of Houston telah mengembangkan metode baru biosensor pencetakan 3D yang suatu hari nanti dapat ditanamkan pada inang manusia.
Menggunakan litografi multifoton (MPL), metode tim melibatkan resin polimerisasi yang diisi dengan bahan semikonduktor organik lapis demi lapis untuk membentuk papan sirkuit biokompatibel kecil. Sejauh ini, para peneliti telah menggunakan proses mereka untuk membuat sensor glukosa presisi tinggi, tetapi dengan penelitian dan pengembangan lebih lanjut, mereka percaya itu dapat membuka jalan bagi produksi generasi baru perangkat bioelektronik.
"Di sini, resin fotosensitif yang seragam dan transparan yang didoping dengan bahan semikonduktor organik (OS) diperkenalkan untuk membuat berbagai mikrostruktur komposit OS 3D (OSCM)," kata tim dalam makalah mereka. "Hasil [kami] menunjukkan potensi besar perangkat ini untuk berbagai aplikasi mulai dari bioelektronik fleksibel hingga nanoelektronik dan perangkat organ-on-a-chip."
Menghidupkan implan konduktif
Dalam makalah mereka, para peneliti mengidentifikasi MPL sebagai teknologi "canggih" dalam pencetakan 3D direct laser writing (DLW) karena keserbagunaan material dan presisi tinggi yang dapat dicapai (resolusi hingga 15 nanometer) . ). Dengan demikian, tim Houston melihat teknologi sebagai ideal untuk memproduksi jenis perangkat nanoelektronik yang telah menjadi subyek penelitian intensif selama beberapa tahun terakhir.
Namun, kelangsungan hidup pencetakan 3D bioimplant tersebut terus dibatasi oleh konduktivitas listrik yang rendah dari bahan yang digunakan untuk memproduksinya. Menurut para ilmuwan, ini karena prototipe bioelektronik biasanya terbuat dari karbon nanotube atau graphene, sehingga mereka memiliki sifat anorganik yang "sulit untuk menyebar secara seragam dalam resin" dan "tanpa pemisahan fase yang signifikan."
Untuk mengatasi kekurangan ini, para peneliti Houston oleh karena itu mengembangkan resin MPL mereka sendiri, yang terdiri dari polimer PEGA yang dimuat DMSO, PEDOT: semikonduktor organik PSS, laminin, dan glukosa oksidase, yang dapat dicetak secara tepat 3D ke dalam Papan bioma mini dengan karakteristik yang seragam.
PCB sitokompatibel cetak 3D
Awalnya, para peneliti menggunakan bahan mereka untuk menghasilkan berbagai perangkat mikroelektronika, termasuk papan sirkuit tercetak (PCB), yang berisi rangkaian kapasitor mikro. Begitu mereka mendemonstrasikan keefektifan teknik mereka, tim mulai bereksperimen dengan laminin, glikoprotein yang ditemukan di membran jaringan hewan berbeda yang mendorong perlekatan sel, pensinyalan, dan migrasi.
Setelah memuat resin dengan protein, tim melanjutkan untuk mencetak 3D ke dalam struktur mikro yang lebih kompleks, yang kemudian dikultur dalam jaringan tikus selama 48 jam. Dibandingkan dengan sampel yang tidak diberi obat, para ilmuwan mencatat bahwa sel-sel mereka menunjukkan bukti "kelangsungan hidup yang ditingkatkan" sementara juga mempertahankan kemampuan untuk mempromosikan perlekatan dan proliferasi.
Setelah menentukan biokompatibilitas implan, para peneliti berusaha untuk mengevaluasi sifat elektrokimia perangkat ini. Pengujian pada frekuensi yang relevan secara biologis 1 kHz menunjukkan bahwa ketika diameter mikroelektroda meningkat, impedansi listrik PCB tim menurun di semua frekuensi (1 hingga 105 Hz), dengan hasil "konsisten dengan hasil yang dilaporkan sebelumnya"
Akhirnya, untuk mendemonstrasikan aplikasi potensial dari metode mereka, para ilmuwan menggunakannya untuk menghasilkan jenis biosensor baru yang mampu mendeteksi kadar glukosa dengan stabilitas dan presisi tinggi menggunakan arus listrik. Mengingat perangkat itu sepuluh kali lebih sensitif daripada monitor saat ini, tim mengatakan resin mereka sekarang dapat membantu mempercepat kemajuan manusia menuju implan sibernetik.
“Kami mengantisipasi bahwa resin komposit OS yang kompatibel dengan MPL yang didemonstrasikan akan menghasilkan struktur mikro yang lembut, bioaktif, dan konduktif untuk berbagai aplikasi di bidang yang sedang berkembang seperti bioelektronik/biosensor fleksibel, nanoelektronik, organ-on-a-chip, dan terapi sel imun. Buka jalan.," para peneliti menyimpulkan dalam makalah mereka.
