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Sep 17, 2023

Nueva impresión en 3D

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Ariadna Cortes/IStock

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La electrónica flexible se ha utilizado en muchos campos, desde sensores, actuadores, microfluidos y electrónica. Pueden ser sustratos flexibles, adaptables y extensibles para su uso en aplicaciones implantables o ingeribles, pero debido a las sustancias que contienen, no fue posible integrarlos en el cuerpo humano.

Sin embargo, un equipo de investigadores de la Universidad Texas A&M ha desarrollado una nueva clase de tintas de biomateriales con impresión 3D que imitan el tejido humano, al igual que la piel.

El estudio fue publicado recientemente en ACS Nano.

Según el estudio, la tinta de biomaterial recién producida aprovecha una nueva clase de nanomateriales 2D conocida como disulfuro de molibdeno (MoS2). Esta estructura de capas delgadas de Mo32 involucra centros defectuosos para que sea químicamente activo y, combinada con gelatina modificada para obtener un hidrogel flexible, es comparable a la estructura de Jell-O.

Ingeniería de Texas A&M

"El impacto de este trabajo es de gran alcance en la impresión 3D", dijo Akhilesh Gaharwar, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Biomédica y Presidential Impact Fellow.

"Esta tinta de hidrogel recientemente desarrollada es altamente biocompatible y eléctricamente conductora, allanando el camino para la próxima generación de bioelectrónica portátil e implantable", dijo.

Los investigadores amalgamaron nanomateriales eléctricamente conductores dentro de gelatina modificada para hacer una tinta de hidrogel que se requiere para diseñar la tinta adecuada para la impresión 3D.

Normalmente, la tinta tiene propiedades de dilución por cizallamiento que disminuyen en viscosidad a medida que aumenta la fuerza. Por eso, aunque permanece en estado sólido en un tubo, al salir se convierte en líquido.

Laboratorio Gaharwar/Universidad A&M de Texas

Con base en los resultados de la investigación, vemos que esta tinta 3D recién producida es portátil y, por esta razón, se cree que los pacientes de Parkinson, por ejemplo, pueden inyectarse debajo de la piel para facilitar su seguimiento.

"Estos dispositivos impresos en 3D son extremadamente elastoméricos y se pueden comprimir, doblar o torcer sin romperse", dijo Kaivalya Deo, estudiante de posgrado en el departamento de ingeniería biomédica y autora principal del artículo. "Además, estos dispositivos son electrónicamente activos, lo que les permite monitorear el movimiento humano dinámico y allanan el camino para el monitoreo continuo del movimiento", dijo también.

Este proyecto es en colaboración con el Dr. Anthony Guiseppi-Elie, vicepresidente de asuntos académicos y desarrollo de la fuerza laboral en Tri-County Technical College en Carolina del Sur, y el Dr. Limei Tian, ​​profesor asistente de ingeniería biomédica en Texas A&M.

Este estudio fue financiado por el Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería, el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares y el Fondo de Excelencia del Presidente de la Universidad Texas A&M. Se ha presentado una patente provisional sobre esta tecnología en asociación con la Estación Experimental de Ingeniería de Texas A&M.

Resumen del estudio:

La electrónica flexible requiere biointerfaces elastoméricos y conductivos con propiedades mecánicas similares a las de los tejidos nativos. Los enfoques convencionales para diseñar una biointerfaz de este tipo a menudo utilizan nanomateriales conductores en combinación con hidrogeles poliméricos que se entrecruzan utilizando fotoiniciadores tóxicos. Además, estos sistemas demuestran con frecuencia una biocompatibilidad deficiente y se enfrentan a compromisos entre la conductividad y la rigidez mecánica en condiciones fisiológicas. Para hacer frente a estos desafíos, desarrollamos una clase de hidrogeles de adelgazamiento por cizallamiento como tintas de biomateriales para la impresión 3D de bioelectrónica flexible. Estos hidrogeles están diseñados a través de una fácil gelificación impulsada por vacantes de nanoensamblajes de MoS2 con gelatina tiolada con polímeros de origen natural. Debido a las propiedades de adelgazamiento por cizallamiento, estos hidrogeles de nanoingeniería se pueden imprimir en formas complejas que pueden responder a la deformación mecánica. Los hidrogeles de nanoingeniería reticulados químicamente demuestran un aumento de 20 veces en los módulos de compresión y pueden soportar hasta un 80 % de tensión sin deformación permanente, cumpliendo con la flexibilidad anatómica humana. La red de nanoingeniería exhibe alta conductividad, módulo de compresión, pseudocapacitancia y biocompatibilidad. La estructura reticulada impresa en 3D demuestra una excelente sensibilidad a la tensión y se puede utilizar como electrónica portátil para detectar diversas dinámicas de movimiento. En general, los resultados sugieren que estos hidrogeles de nanoingeniería ofrecen características mecánicas, electrónicas y biológicas mejoradas para varias aplicaciones biomédicas emergentes, incluidos biosensores flexibles impresos en 3D, actuadores, optoelectrónica y dispositivos de administración terapéutica.