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Gli scienziati progettano nuovi inchiostri per la bioelettronica indossabile stampabile in 3D

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Scientists design new inks for 3D-printable wearable bioelectronics Astratto grafico. Credito: ACS Nano (2022). DOI: 10.1021/acsnano.1c09386

L’elettronica flessibile ha consentito la progettazione di sensori, attuatori, microfluidica ed elettronica su sottostrati flessibili, conformi e/o estensibili per applicazioni indossabili, impiantabili o ingeribili. Tuttavia, questi dispositivi hanno proprietà meccaniche e biologiche molto diverse rispetto al tessuto umano e quindi non possono essere integrati con il corpo umano.

Un team di ricercatori della Texas A&M University ha sviluppato una nuova classe di inchiostri per biomateriali che imitano le caratteristiche native del tessuto umano altamente conduttivo, proprio come la pelle, che sono essenziali per l’inchiostro da utilizzare nella stampa 3D.

Questo inchiostro per biomateriali sfrutta una nuova classe di nanomateriali 2D noti come bisolfuro di molibdeno (MoS2). La struttura a strati sottili di MoS2 contiene centri di difetto per renderlo chimicamente attivo e, combinato con gelatina modificata per ottenere un idrogel flessibile, paragonabile alla struttura di Jell-O.

“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”.

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Questo studio è stato recentemente pubblicato in ACS Nano.

L’inchiostro ha proprietà di diradamento del taglio che diminuiscono di viscosità all’aumentare della forza, quindi è solido all’interno del tubo ma scorre più come un liquido quando viene schiacciato, simile al ketchup o al dentifricio. Il team ha incorporato questi nanomateriali elettricamente conduttivi all’interno di una gelatina modificata per creare un inchiostro idrogel con caratteristiche essenziali per la progettazione di inchiostri conduttivi per la stampa 3D.

“Questi dispositivi stampati in 3D sono estremamente elastomerici e possono essere compressi, piegati o attorcigliati senza rompersi”, ha affermato Kaivalya Deo, studente laureato nel 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”.

Per stampare in 3D l’inchiostro, i ricercatori del Gaharwar Laboratory hanno progettato una biostampante 3D multitesta economica, open source, completamente funzionale e personalizzabile, che funziona con strumenti open source e freeware. Ciò consente anche a qualsiasi ricercatore di costruire biostampanti 3D su misura per soddisfare le proprie esigenze di ricerca.

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L’inchiostro idrogel stampato in 3D elettricamente conduttivo può creare circuiti 3D complessi e non si limita a progetti planari, consentendo ai ricercatori di realizzare bioelettronica personalizzabile su misura per i requisiti specifici del paziente.

Utilizzando queste stampanti 3D, Deo è stata in grado di stampare dispositivi elettronici elettricamente attivi ed estensibili. Questi dispositivi dimostrano straordinarie capacità di rilevamento della deformazione e possono essere utilizzati per la progettazione di sistemi di monitoraggio personalizzabili. Ciò apre anche nuove possibilità per la progettazione di sensori estensibili con componenti microelettronici integrati.

Una delle potenziali applicazioni del nuovo inchiostro è nella stampa 3D di tatuaggi elettronici per pazienti con malattia di Parkinson. I ricercatori prevedono che questo tatuaggio elettronico stampato possa monitorare i movimenti di un paziente, compresi i tremori.


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