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Sep 17, 2023

新たに3Dプリント

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アリアドナ・コルテス/Iストック

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フレキシブルエレクトロニクスは、センサー、アクチュエーター、マイクロ流体工学、エレクトロニクスなど、多くの分野で使用されています。 それらは、移植可能または経口摂取可能な用途への着用を可能にする、柔軟で順応性があり、拡張可能な基板である可能性がありますが、含まれる物質のため、人体に組み込むことはできませんでした。

しかし、テキサス A&M 大学の研究者チームは、皮膚と同じように人間の組織を模倣する 3D プリンティングによる新しい種類の生体材料インクを開発しました。

この研究は最近ACS Nanoに掲載されました。

研究によると、新たに製造された生体材料インクは、二硫化モリブデン (MoS2) として知られる新しい種類の 2D ナノ材料を活用しています。 Mo32 のこの薄層構造には、化学的に活性にするために欠陥中心が含まれており、柔軟なヒドロゲルを得るために修飾ゼラチンと組み合わせると、Jell-O の構造に匹敵します。

テキサスA&Mエンジニアリング

「この研究の影響は 3D プリンティングに広範囲に及んでいます」と生物医工学部の准教授で大統領インパクトフェローのアキレシュ・ガハルワール氏は述べています。

「この新しく開発されたハイドロゲルインクは生体適合性と導電性が高く、次世代のウェアラブルおよび移植可能なバイオエレクトロニクスへの道を切り開きます」と同氏は述べた。

研究者らは、修飾ゼラチン内に導電性ナノマテリアルを融合させて、3D プリンティングに適したインクの設計に必要なヒドロゲル インクを作成しました。

通常、インクにはせん断減粘特性があり、力が増加すると粘度が低下します。 このため、チューブの中では固体でも、外に出ると液体になります。

ガハルワール研究所/テキサス A&M 大学

研究結果によると、この新たに製造された 3D インクはウェアラブルであることがわかり、このため、たとえばパーキンソン病患者の皮下に注射してモニタリングを容易にできると考えられています。

「これらの 3D プリントされたデバイスは非常にエラストマー性が高く、壊れることなく圧縮したり、曲げたり、ねじったりすることができます」と生物医工学部の大学院生で論文の筆頭著者であるカイヴァリヤ・デオ氏は述べた。 「さらに、これらのデバイスは電子的にアクティブであるため、人間の動的な動きを監視できるようになり、継続的な動きの監視への道が開かれます」と同氏は語った。

このプロジェクトは、サウスカロライナ州トリカウンティ工科大学の学務および労働力開発担当副学長であるアンソニー・ギセッピ・エリー博士と、テキサスA&Mの生体医工学助教授であるリメイ・ティアン博士との協力によるものです。

この研究は、国立生物医学画像生物工学研究所、国立神経障害・脳卒中研究所、およびテキサス A&M 大学学長優秀基金から資金提供を受けました。 この技術に関する暫定特許は、テキサス A&M 工学実験ステーションと連携して申請されています。

研究概要:

フレキシブルエレクトロニクスには、天然の組織のような機械的特性を備えたエラストマーおよび導電性のバイオインターフェイスが必要です。 このようなバイオインターフェースを設計する従来のアプローチでは、有毒な光開始剤を使用して架橋されたポリマーヒドロゲルと組み合わせて導電性ナノ材料を利用することがよくあります。 さらに、これらのシステムは生体適合性が低いことが多く、生理学的条件下では導電性と機械的剛性との間のトレードオフに直面します。 これらの課題に対処するために、当社は 3D プリンティングのフレキシブル バイオエレクトロニクス用の生体材料インクとして、ずり減粘性ハイドロゲルのクラスを開発しました。 これらのヒドロゲルは、天然由来のポリマーでチオール化されたゼラチンを使用した MoS2 ナノアセンブリの空孔駆動による容易なゲル化を通じて設計されています。 これらのナノ加工ヒドロゲルは、せん断減粘特性により、機械的変形に応答できる複雑な形状に印刷できます。 化学的に架橋されたナノ加工ヒドロゲルは、圧縮弾性率が 20 倍上昇し、永久変形することなく最大 80% のひずみに耐えることができ、人間の解剖学的柔軟性を満たします。 ナノエンジニアリングされたネットワークは、高い導電性、圧縮弾性率、擬似静電容量、生体適合性を示します。 3D プリントされた架橋構造は優れたひずみ感度を示し、さまざまな運動ダイナミクスを検出するためのウェアラブルエレクトロニクスとして使用できます。 全体として、この結果は、これらのナノ加工ハイドロゲルが、3D プリントされたフレキシブル バイオセンサー、アクチュエーター、オプトエレクトロニクス、および治療送達デバイスを含む、さまざまな新興生物医学用途に対して改善された機械的、電子的、生物学的特性を提供することを示唆しています。