Cientistas da Universidade de Houston desenvolveram um novo método de biossensores de impressão 3D que poderia um dia ser implantado em um hospedeiro humano.
Usando litografia multifotônica (MPL), o método da equipe envolve a polimerização de resinas carregadas com materiais semicondutores orgânicos camada por camada para formar pequenas placas de circuito biocompatíveis. Até agora, os pesquisadores usaram seu processo para criar sensores de glicose de alta precisão, mas com mais pesquisas e desenvolvimentos, eles acreditam que isso pode abrir caminho para a produção de uma nova geração de dispositivos bioeletrônicos.
“Aqui, uma resina fotossensível uniforme e transparente dopada com materiais semicondutores orgânicos (OS) foi introduzida para fabricar várias microestruturas compostas 3D OS (OSCMs)”, disse a equipe em seu artigo. "[Nossos] resultados demonstram o grande potencial desses dispositivos para uma ampla gama de aplicações que vão desde a bioeletrônica flexível até a nanoeletrônica e dispositivos organ-on-a-chip".
Dando vida aos implantes condutores
Em seu artigo, os pesquisadores identificaram o MPL como a tecnologia de "estado da arte" em impressão 3D de escrita direta a laser (DLW) devido à versatilidade do material e à alta precisão que ele pode alcançar (resolução de até 15 nanômetros). . ). Como tal, a equipe de Houston vê a tecnologia como ideal para produzir o tipo de dispositivos nanoeletrônicos que têm sido objeto de intensa pesquisa nos últimos anos.
No entanto, a viabilidade da impressão 3D desses bioimplantes continua limitada pela baixa condutividade elétrica dos materiais utilizados para produzi-los. Segundo os cientistas, isso ocorre porque os protótipos de bioeletrônica geralmente são feitos de nanotubos de carbono ou grafeno, por isso possuem propriedades inorgânicas que são "difíceis de dispersar uniformemente em resinas" e "sem separação de fases significativa".
Para superar essas deficiências, os pesquisadores de Houston desenvolveram, portanto, sua própria resina MPL, composta por polímero PEGA carregado com DMSO, PEDOT: PSS semicondutor orgânico, laminina e glicose oxidase, que pode ser impresso com precisão em 3D em mini-biomas Placa com características uniformes
PCB citocompatível impresso em 3D
Inicialmente, os pesquisadores usaram seu material para produzir uma variedade de dispositivos microeletrônicos, incluindo placas de circuito impresso (PCBs), que continham uma série de microcapacitores. Uma vez que demonstraram a eficácia de sua técnica, a equipe começou a experimentar com laminina, uma glicoproteína encontrada nas membranas de diferentes tecidos animais que promove a fixação celular, sinalização e migração.
Depois de carregar a resina com a proteína, a equipe passou a imprimi-la em 3D em microestruturas mais complexas, que foram então cultivadas em tecido de camundongo por 48 horas. Em comparação com amostras não medicadas, os cientistas observaram que suas células mostraram evidências de "sobrevivência aprimorada", mantendo a capacidade de promover a adesão e a proliferação.
Após determinar a biocompatibilidade dos implantes, os pesquisadores buscaram avaliar as propriedades eletroquímicas desses dispositivos. Testes em uma frequência biologicamente relevante de 1 kHz mostraram que, à medida que o diâmetro do microeletrodo aumentava, a impedância elétrica do PCB da equipe diminuía em todas as frequências (1 a 105 Hz), com resultados "consistentes com resultados relatados anteriormente"
Por fim, para demonstrar o potencial de aplicação do método, os cientistas o usaram para produzir um novo tipo de biossensor capaz de detectar os níveis de glicose com alta estabilidade e precisão usando corrente elétrica. Dado que o dispositivo é dez vezes mais sensível que os monitores atuais, a equipe diz que sua resina agora pode ajudar a acelerar o progresso humano em direção a implantes cibernéticos.
"Antecipamos que as resinas compostas OS compatíveis com MPL irão produzir microestruturas macias, bioativas e condutoras para uma variedade de aplicações em campos emergentes, como bioeletrônica/biossensores flexíveis, nanoeletrônica, organ-on-a-chip e terapia de células imunes Pavimente o caminho.", concluíram os pesquisadores em seu artigo.
