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3D打印生物傳感器可用于監測身體健康狀況

電子設計 ? 來源:電子設計 ? 作者:電子設計 ? 2020-12-25 22:27 ? 次閱讀

紐約克拉克森大學的研究人員開發了一種定制的生物墨水,并部署到了一系列皮膚相容的3D打印生物傳感器中。

新穎的墨水設計包括鈦納米顆粒,一旦暴露在紫外線輻射下,就會啟動與彩色染料的光催化反應,使凝膠改變顏色。利用他們的新混合物,科學家們已經能夠3D打印皮膚友好的生物傳感器,使用戶能夠最大限度地減少過度暴露于太陽光線所造成的任何損害。

論文作者之一Silvana Andreescu說:"我們決定探索3D生物打印的能力,以制造這些可穿戴戴的紫外線傳感器,因為3D打印機已經變得便宜和容易獲得。當傳感器的鈦被來自太陽的紫外線激活時,染料會反應并改變顏色。"

紫外線問題的增材制造解決方案

根據美國癌癥協會的數據,每年有170萬美國人被診斷為皮膚癌,而僅在2020年,黑色素瘤就導致其中約6850名患者死亡。因此,監測人們所受到的紫外線水平是目前一個重要的研究領域,但這也是一個非常困難的領域,因為紫外線輻射的行為是間歇性的。

為了充分了解紫外線的空間和時間變化,克拉克森團隊認為需要一種快速和低成本的檢測技術。有幾種方法認為是可行的,如3D打印和注射成型,但研究人員選擇了3D打印,因為它的成本較低,可定制且容易獲得。

更重要的是,生物打印正越來越多地被用于創建具有生物功能的組織結構,成為生產團隊的紫外線激活生物傳感器的理想選擇。然而,在選擇了生產方法后,團隊還發現需要一種新的生物相容性油墨,以實現所需的持續安全皮膚接觸。

△傳感器的鈦粒子如何對紫外線照射做出反應的可視化表示,圖片來自《應用材料與界面》雜志

克拉克森團隊的生物墨水

為了使他們的生物傳感器成為可能,科學家們首先要創造出一種由光活性二氧化鈦(TiO2)納米顆粒和多色染料組成的新型生物墨水,并分散在水凝膠中。此外,還加入了海藻酸鹽和明膠,以賦予3D打印所需的粘度,以及凝膠狀的質地,從而具有機械穩定性。

選擇TiO2是因為它的光催化能力,能夠通過一系列的還原-氧化鏈反應來分解有機材料。在這一機制中,一旦暴露在紫外線輻射下,團隊試圖啟動傳感器中的綠色、橙色和藍色染料的分解。

在科學家們使用CAD軟件優化了設備設計之后,他們利用Allevi 2 3D生物打印機制造了一系列基本原型,然后轉入測試。為了評估3D打印設備的機械穩定性和均勻性,團隊將沿五個不同的點進行納米壓痕測試。

審核編輯:符乾江
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