Científicos de la Universidad de Houston han desarrollado un nuevo método de impresión 3D de biosensores que algún día podrían implantarse en un huésped humano.
Usando litografía multifotónica (MPL), el método del equipo consiste en polimerizar resinas cargadas con materiales semiconductores orgánicos capa por capa para formar pequeñas placas de circuito biocompatibles. Hasta ahora, los investigadores han utilizado su proceso para crear sensores de glucosa de alta precisión, pero con más investigación y desarrollo, creen que podría allanar el camino para la producción de una nueva generación de dispositivos bioelectrónicos.
"Aquí, se introdujo una resina fotosensible uniforme y transparente dopada con materiales semiconductores orgánicos (OS) para fabricar varias microestructuras compuestas 3D OS (OSCM)", dijo el equipo en su artículo. "[Nuestros] resultados demuestran el gran potencial de estos dispositivos para una amplia gama de aplicaciones que van desde la bioelectrónica flexible hasta la nanoelectrónica y los dispositivos de órgano en un chip".
Dando vida a los implantes conductores
En su artículo, los investigadores identificaron a MPL como la tecnología "de punta" en la impresión 3D de escritura directa por láser (DLW) debido a la versatilidad del material y la alta precisión que puede lograr (resolución de hasta 15 nanómetros). . ). Como tal, el equipo de Houston considera que la tecnología es ideal para producir el tipo de dispositivos nanoelectrónicos que han sido objeto de una intensa investigación en los últimos años.
Sin embargo, la viabilidad de la impresión 3D de estos bioimplantes sigue estando limitada por la baja conductividad eléctrica de los materiales utilizados para producirlos. Según los científicos, esto se debe a que los prototipos bioelectrónicos suelen estar hechos de nanotubos de carbono o grafeno, por lo que tienen propiedades inorgánicas que son "difíciles de dispersar uniformemente en resinas" y "sin una separación de fases significativa".
Por lo tanto, para superar estas deficiencias, los investigadores de Houston han desarrollado su propia resina MPL, que consiste en polímero PEGA cargado con DMSO, PEDOT: semiconductor orgánico PSS, laminina y glucosa oxidasa, que se puede imprimir en 3D con precisión en un tablero de minibiomas con características uniformes.
PCB citocompatible impreso en 3D
Inicialmente, los investigadores utilizaron su material para producir una variedad de dispositivos microelectrónicos, incluidas placas de circuito impreso (PCB), que contenían una serie de microcondensadores. Una vez que demostraron la efectividad de su técnica, el equipo se dispuso a experimentar con laminina, una glicoproteína que se encuentra en las membranas de diferentes tejidos animales y que promueve la unión, señalización y migración celular.
Después de cargar la resina con la proteína, el equipo pasó a imprimirla en 3D en microestructuras más complejas, que luego se cultivaron en tejido de ratón durante 48 horas. En comparación con las muestras no medicadas, los científicos notaron que sus células mostraban evidencia de una "supervivencia mejorada" al mismo tiempo que conservaban la capacidad de promover la unión y la proliferación.
Luego de determinar la biocompatibilidad de los implantes, los investigadores buscaron evaluar las propiedades electroquímicas de estos dispositivos. Las pruebas a una frecuencia biológicamente relevante de 1 kHz mostraron que a medida que aumentaba el diámetro del microelectrodo, la impedancia eléctrica de la PCB del equipo disminuía en todas las frecuencias (1 a 105 Hz), con resultados "consistentes con los resultados informados anteriormente".
Finalmente, para demostrar la aplicación potencial de su método, los científicos lo utilizaron para producir un nuevo tipo de biosensor capaz de detectar niveles de glucosa con alta estabilidad y precisión usando corriente eléctrica. Dado que el dispositivo es diez veces más sensible que los monitores actuales, el equipo dice que su resina ahora podría ayudar a acelerar el progreso humano hacia los implantes cibernéticos.
"Anticipamos que las resinas compuestas OS compatibles con MPL demostradas producirán microestructuras blandas, bioactivas y conductoras para una variedad de aplicaciones en campos emergentes como bioelectrónica/biosensores flexibles, nanoelectrónica, órgano en un chip y terapia de células inmunitarias. Allana el camino", concluyeron los investigadores en su artículo.
