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(Noticias de Nanowerk) La electrónica flexible ha permitido el diseño de sensores, actuadores, microfluidos y electrónica en láminas traseras flexibles, adaptables y/o estirables para aplicaciones portátiles, implantables o ingeribles. Sin embargo, estos dispositivos tienen propiedades mecánicas y biológicas muy diferentes en comparación con el tejido humano y, por lo tanto, no pueden integrarse en el cuerpo humano.
Un equipo de investigación de la Universidad Texas A&M ha desarrollado una nueva clase de tintas de biomateriales que imitan las propiedades naturales del tejido humano altamente conductor, similar a la piel, que son esenciales para el uso de la tinta en la impresión 3D.
Esta tinta de biomaterial utiliza una nueva clase de nanomateriales 2D conocida como disulfuro de molibdeno (MoS2). La estructura de película delgada de MoS2 contiene centros defectuosos para que sea químicamente activo y se combina con gelatina modificada para crear un hidrogel flexible que se asemeja a la estructura de la gelatina.
«Las implicaciones de este trabajo para la impresión 3D son de gran alcance», dijo Akhilesh Gaharwar, profesor asociado en el 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».
Este estudio fue publicado recientemente en ACS nano («Tinta nanotécnica para diseñar bioelectrónica flexible imprimible en 3D»).
La tinta tiene propiedades de dilución por cizallamiento que disminuyen en viscosidad a medida que aumenta la fuerza, por lo que es sólida en el tubo pero fluye más como un líquido cuando se aprieta, como el ketchup o la pasta de dientes. El equipo incorporó estos nanomateriales eléctricamente conductores en una gelatina modificada para crear una tinta de hidrogel con propiedades esenciales para desarrollar tinta para impresión 3D.
«Estos dispositivos impresos en 3D son extremadamente elásticos y se pueden comprimir, doblar o torcer sin romperse», dijo Kaivalya Deo, estudiante de doctorado 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».
Para imprimir la tinta en 3D, los investigadores del laboratorio de Gaharwar han desarrollado una bioimpresora 3D de múltiples cabezales, de código abierto y de bajo costo que es completamente funcional y personalizable, y se ejecuta en herramientas de código abierto y software gratuito. Esto también permite que cualquier investigador construya bioimpresoras 3D adaptadas a sus propias necesidades de investigación.
La tinta de hidrogel impresa en 3D eléctricamente conductora puede crear circuitos 3D complejos y no se limita a diseños planos, lo que permite a los investigadores crear bioelectrónica personalizable adaptada a las necesidades específicas del paciente.
Con estas impresoras 3D, Deo pudo imprimir dispositivos electrónicos eléctricamente activos y estirables. Estos dispositivos exhiben capacidades excepcionales de detección de tensión y se pueden usar para desarrollar sistemas de monitoreo personalizables. Esto también abre nuevas posibilidades para el diseño de sensores extensibles con componentes microelectrónicos integrados.
Uno de los usos potenciales de la nueva tinta es la impresión 3D de tatuajes electrónicos para pacientes con enfermedad de Parkinson. Los investigadores prevén que este tatuaje electrónico impreso podría monitorear el movimiento de un paciente, incluidos los temblores.
Este proyecto se realiza en colaboración con el Dr. Anthony Guiseppi-Elie, vicepresidente de asuntos académicos y desarrollo de recursos humanos en Tri-County Technical College en Carolina del Sur, y el Dr. Limei Tian, profesor asistente de ingeniería biomédica en Texas A&M.
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