導電3D打印水凝膠墨水可用于工程定制監(jiān)控系統(tǒng)

柔性電子技術(shù)使得傳感器、驅(qū)動器、微流體和電子器件的設計能夠在柔性、共形和/或可拉伸的子層上進行，以應用于可穿戴、可植入或可攝取等領(lǐng)域。然而，與人體組織相比，這些設備具有非常不同的機械和生物特性，因此不能與人體很好集成。

得克薩斯農(nóng)工大學的一組研究人員開發(fā)了一種新的生物材料墨水，這種墨水模仿了人體組織具有的高導電性固有特征，和人體皮膚非常相像，這是墨水用于3D打印的必要條件。

這種生物材料油墨利用了一種新的2D納米材料，稱為二硫化鉬（MoS2）。MoS2的薄層結(jié)構(gòu)包含缺陷中心，使其具有化學活性，并與改性明膠結(jié)合，獲得與Jell-O結(jié)構(gòu)相當?shù)娜嵝运z。

生物醫(yī)學工程系副教授Akhilesh Gaharwar博士表示：“這項研究對3D打印的影響是深遠的。這種新設計的水凝膠墨水具有高度的生物相容性和導電性，為下一代可穿戴和可植入生物電子設備鋪平了道路?！?/p>

該墨水具有剪切稀化特性，隨著力的增加，粘度降低，因此它在管內(nèi)是固體，但在擠壓時更像液體一樣流動，類似于番茄醬或牙膏。該團隊將這些導電納米材料植入改性明膠中，以制備水凝膠油墨，其特性對于設計有利于3D打印的油墨至關(guān)重要。

生物醫(yī)學工程系研究生Kaivalya Deo表示：“這些3D打印設備極具彈性，可以壓縮、彎曲或扭曲而不會斷裂。此外，這些設備具有電子活性，使它們能夠監(jiān)測人體動態(tài)運動，并為連續(xù)進行運動監(jiān)測鋪平道路?！?/p>

為了3D打印墨水，Gaharwar實驗室的研究人員設計了一款具有成本效益高、開源、多頭的3D生物打印機，該打印機功能齊全，并可定制，運行在開源工具和免費軟件上。這也允許任何研究人員根據(jù)自己的研究需要定制3D生物打印機。

導電3D打印水凝膠墨水可以創(chuàng)建復雜的3D電路，并且不限于平面設計，它允許研究人員根據(jù)患者的具體要求定制生物電子設備。

通過使用這些3D打印機，Deo能夠打印具有電活性和可伸縮的電子設備。這些設備展示了非凡的應變傳感能力，可用于工程定制監(jiān)控系統(tǒng)。這也為設計具有集成微電子元件的可拉伸傳感器開辟了新的可能性。

新墨水的潛在應用之一是帕金森病患者的3D打印電子紋身。研究人員設想，這種打印的電子紋身可以監(jiān)測患者的運動，包括震顫。