Микроэлектроды могут измерять электрические сигналы непосредственно на мозг или сердце. Однако для таких высокочувствительных применений требуются мягкие материалы, чтобы чувствительные органы не были повреждены. Проблема: Пока электроды могут быть прикреплены к мягким поверхностям только с большим усилием. Команда из Технического университета Мюнхена (TUM) и Исследовательского центра Юлих теперь преуспела в печати функциональных датчиков непосредственно на мягких поверхностях.
Датчики печати на липких медведях
Исследователи выбрали липких медведей в качестве носителей. То, что изначально может звучать как трюк - возможно, для мотивации ученых - может изменить медицинскую диагностику. С одной стороны, ученые вокруг профессора Бернхарда Вольфрума напечатали не рисунок или надпись, а массив микроэлектродов. Эти компоненты состоят из большого количества электродов и могут измерять изменения электрического напряжения в элементах. Это происходит, например, во время активности нервных или мышечных клеток.
датчик
Как работают датчики и где они используются
С другой стороны, у липких медведей есть свойство, которое особенно важно для использования микроэлектродных матриц на живых клетках: они мягкие. Микроэлектродные матрицы существуют уже давно. В своем первоначальном виде они сделаны из твердых материалов, таких как кремний. Различные недостатки возникают в результате контакта с живыми клетками. Поэтому форма и соединение ячеек изменяются в лаборатории. Они могут вызвать воспаление в организме и нарушить работу органов.
Быстрое прототипирование с помощью струйного принтера
Этих проблем можно избежать с помощью электродных матриц на мягких материалах. Соответственно, интенсивное исследование проводится на них. Предыдущие решения требовали использования дорогих специальных лабораторий. «Если вместо этого вы печатаете электроды, вы можете изготовить прототип сравнительно быстро и дешево, а также без проблем пересмотреть его», - говорит Бернхард Вольфрум, профессор нейроэлектроники в TUM. «Такое быстрое создание прототипов дает совершенно новые способы работы».
Вольфрум и его команда используют высокотехнологичный вариант струйного принтера. Сами электроды напечатаны углеродсодержащей жидкостью. Чтобы датчики не записывали нежелательные сигналы, дополнительная пленка защищает углеродные полотна.
Желатин может предотвратить нежелательные реакции тканей
Исследователи проверили процесс на различных материалах, включая мягкую силиконовую ПДМС (полидиметилсилоксан) и вещество агара, которое часто используется в биологических экспериментах - и, наконец, желатин, в том числе в виде расплавленного и затвердевшего липкого медведя. Каждое из этих веществ обладает свойствами, которые делают их идеальными для определенных применений. Например, имплантаты, покрытые желатином, могут уменьшить нежелательные реакции в ткани.
датчиков
Интеллектуальные сетевые датчики для приложений Industry 4.0
Команда смогла продемонстрировать, что датчики дают надежные значения с помощью экспериментов с клеточными культурами. При средней ширине 30 микрометров они также позволяют проводить измерения на одной или нескольких ячейках, чего трудно достичь с помощью существующих методов печати.
Возможны измерения на отдельных ячейках
«Трудность заключается в точной настройке всех компонентов - как технических параметров принтера, так и состава чернил», - говорит Нуран Адли, первый автор исследования. «В случае PDMS, например, нам пришлось использовать разработанную нами предварительную обработку, чтобы чернила вообще оставались на поверхности».
Печатные мягкие микроэлектродные матрицы могут использоваться в различных областях. Они не только подходят для быстрого прототипирования в исследованиях, но также могут изменить лечение пациентов. «В будущем подобные мягкие структуры могут, например, контролировать нервные или сердечные функции в организме или даже служить кардиостимуляторами», - говорит профессор Вольфрум.
В настоящее время он работает со своей командой, с одной стороны, для печати более сложных трехмерных массивов микроэлектродов. С другой стороны, они исследуют печатные датчики, которые избирательно реагируют на химические вещества, а не на колебания напряжения.
Эта статья впервые появилась на нашем партнерском портале Elektronikpraxis.de.