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Sep 17, 2023

Nova impressão 3D

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Ariadna Cortes/IStock

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A eletrônica flexível tem sido usada em muitos campos, desde sensores, atuadores, microfluídica e eletrônica. Eles podem ser substratos flexíveis, complacentes e extensíveis para uso em aplicações implantáveis ​​ou ingeríveis, mas devido às substâncias que contêm, não foi possível integrá-los ao corpo humano.

No entanto, uma equipe de pesquisadores da Texas A&M University desenvolveu uma nova classe de tintas de biomateriais com impressão 3D que imitam o tecido humano, assim como a pele.

O estudo foi publicado recentemente na ACS Nano.

De acordo com o estudo, a tinta de biomaterial recém-produzida utiliza uma nova classe de nanomateriais 2D conhecida como dissulfeto de molibdênio (MoS2). Essa estrutura de camada fina de Mo32 envolve centros defeituosos para torná-lo quimicamente ativo e, combinado com gelatina modificada para obter um hidrogel flexível, é comparável à estrutura da gelatina.

Texas A&M Engenharia

“O impacto deste trabalho é de longo alcance na impressão 3D”, disse Akhilesh Gaharwar, professor associado do Departamento de Engenharia Biomédica e bolsista de impacto presidencial.

"Esta tinta de hidrogel recém-desenvolvida é altamente biocompatível e condutora de eletricidade, abrindo caminho para a próxima geração de bioeletrônica utilizável e implantável", disse ele.

Pesquisadores amalgamaram nanomateriais eletricamente condutores dentro de gelatina modificada para fazer uma tinta de hidrogel que é necessária para projetar tinta propícia à impressão 3D.

Normalmente, a tinta tem propriedades de diluição por cisalhamento que diminuem a viscosidade à medida que a força aumenta. Por isso, embora permaneça no estado sólido em um tubo, ele se transforma em líquido quando sai.

Gaharwar Laboratory/Texas A&M University

Com base nos resultados da pesquisa, vemos que essa tinta 3D recém-produzida é usável e, por isso, acredita-se que pacientes com Parkinson, por exemplo, possam ser injetados sob a pele para facilitar seu monitoramento.

“Esses dispositivos impressos em 3D são extremamente elastoméricos e podem ser comprimidos, dobrados ou torcidos sem quebrar”, disse Kaivalya Deo, estudante de pós-graduação no departamento de engenharia biomédica e principal autor do artigo. "Além disso, esses dispositivos são eletronicamente ativos, permitindo monitorar o movimento humano dinâmico e abrindo caminho para o monitoramento contínuo do movimento", disse ele.

Este projeto é em colaboração com o Dr. Anthony Guiseppi-Elie, vice-presidente de assuntos acadêmicos e desenvolvimento da força de trabalho no Tri-County Technical College na Carolina do Sul, e Dr. Limei Tian, ​​professor assistente de engenharia biomédica no Texas A&M.

Este estudo foi financiado pelo Instituto Nacional de Imagem Biomédica e Bioengenharia, pelo Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Derrame e pelo Fundo de Excelência do Presidente da Texas A&M University. Uma patente provisória sobre esta tecnologia foi arquivada em associação com a Texas A&M Engineering Experiment Station.

Resumo do estudo:

A eletrônica flexível requer biointerfaces elastoméricas e condutoras com propriedades mecânicas semelhantes a tecidos nativos. As abordagens convencionais para projetar tal biointerface geralmente utilizam nanomateriais condutores em combinação com hidrogéis poliméricos que são reticulados usando fotoiniciadores tóxicos. Além disso, esses sistemas freqüentemente demonstram baixa biocompatibilidade e compensações entre condutividade e rigidez mecânica sob condições fisiológicas. Para enfrentar esses desafios, desenvolvemos uma classe de hidrogéis de diluição de cisalhamento como tintas de biomateriais para bioeletrônica flexível de impressão 3D. Esses hidrogéis são projetados por meio de uma gelificação facilitada por vacância de nanoconjuntos de MoS2 com gelatina tiolada de polímero de origem natural. Devido às propriedades de desbaste, esses hidrogéis de nanoengenharia podem ser impressos em formas complexas que podem responder à deformação mecânica. Os hidrogéis de nanoengenharia quimicamente reticulados demonstram um aumento de 20 vezes nos módulos de compressão e podem suportar até 80% de tensão sem deformação permanente, atendendo à flexibilidade anatômica humana. A rede nanoengenharia exibe alta condutividade, módulo de compressão, pseudocapacitância e biocompatibilidade. A estrutura reticulada impressa em 3D demonstra excelente sensibilidade à tensão e pode ser usada como eletrônica vestível para detectar várias dinâmicas de movimento. No geral, os resultados sugerem que esses hidrogéis de nanoengenharia oferecem características mecânicas, eletrônicas e biológicas aprimoradas para várias aplicações biomédicas emergentes, incluindo biossensores flexíveis impressos em 3D, atuadores, optoeletrônicos e dispositivos de administração terapêutica.