Gli scienziati stampano sensori medici su caramelle gommose

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Dopo quasi 100 anni di soddisfazione delle papille gustative di bambini e adulti, allo stesso modo, gli orsetti di gomma possono finalmente avere uno scopo più grande.

Un team di ricercatori ha ha sviluppato un metodo per stampare array di microelettrodi su caramelle gommose, gelatina e altri substrati morbidi.

Questo nuovo metodo fornirà un modo economico e veloce per sviluppare microelettrodi che possono essere utilizzati dagli scienziati per studiare i cambiamenti biologici nel cuore e nel cervello, trattare i disturbi del sistema nervoso e ripristinare la funzione sensoriale di una persona.

In questo studio, i ricercatori dell'Università tecnica di Monaco (TUM) e Forschungszentrum Jülich hanno eseguito con successo la stampa a getto d'inchiostro su caramelle gommose.

Un articolo che descrive lo studio è pubblicato sulla rivista Natura.  

Vantaggi del materiale morbido

La trama morbida delle caramelle gommose è la chiave di questo studio.

Tradizionalmente, gli array di microelettrodi utilizzavano substrati a base di silicio o vetro, ha detto Bernhard Wolfrum, professore di neuroelettronica presso TUM e autore principale dello studio.

Ma la forma dura e acuta degli array di microelettrodi originali causa molteplici problemi.

In un laboratorio, la forma e l'organizzazione delle cellule possono essere influenzate dalla durezza del substrato.

In un corpo, i materiali rigidi possono causare l'infiammazione delle cellule e la perdita delle funzionalità degli organi.

la stampa a getto d'inchiostro

La stampante a getto d'inchiostro utilizzata in questo studio è essenzialmente una versione high-tech di quella che può trovarsi in una casa o in ufficio. Invece di utilizzare l'inchiostro tradizionale, questa stampante funziona con inchiostro a base di carbonio e aggiunge uno strato protettivo neutro ai percorsi del carbonio in modo che i sensori non rilevino alcun segnale vagante.

Ciò si discosta dai metodi tradizionali utilizzati per creare array di microelettrodi.

"Di solito, gli array di microelettrodi sono fabbricati con litografia ottica", ha dichiarato Wolfrum.

Ma quei metodi sono lunghi e costosi e richiedono l'accesso a laboratori specializzati.

La stampa a getto d'inchiostro, tuttavia, è economica e veloce e consente agli scienziati di manipolare il layout di progettazione degli array di microelettrodi.

"La tecnica ci consente di fabbricare array di microelettrodi a base di carbonio su una varietà di substrati morbidi (come gli idrogel), cosa che non è facilmente realizzabile usando la microfabbricazione convenzionale", ha affermato Wolfrum.

"La possibilità di adattare rapidamente la disposizione geometrica dell'interfaccia e dei materiali può aiutarci a sviluppare dispositivi più efficienti per la stimolazione e la registrazione cellulare".

potenziali applicazioni

La stampa di array di microelettrodi su materiali morbidi può essere applicata a un'ampia gamma di aree.

Non solo la tecnica è utile per fabbricare modelli per la ricerca, ma potrebbe anche essere usata in campo medico per cambiare il modo in cui i pazienti vengono trattati.

"In futuro, strutture morbide simili potrebbero essere utilizzate per monitorare le funzioni nervose o cardiache nel corpo, per esempio, o anche servire come pacemaker", ha detto Wolfrum in una dichiarazione.

Qual è il prossimo passo?

Prima che questa tecnica venga utilizzata per monitorare le funzioni nervose o cardiache nel corpo, è necessario esaminare più aspetti.

"Credo che, per applicare i dispositivi stampati in vivo, i principali aspetti che devono essere studiati sono la biocompatibilità, la stabilità a lungo termine, l'affidabilità e la risoluzione", ha affermato Wolfrum.

"La risoluzione utilizzando la stampa a getto d'inchiostro è molto più debole rispetto alla litografia ottica, che potrebbe essere problematica a seconda della particolare applicazione."

Per ora, il team si concentra sulla stampa efficiente.

"Secondo me, attualmente il vantaggio principale della stampa di dispositivi funzionali risiede nelle capacità di prototipazione rapida, non necessariamente nella produzione finale di dispositivi", ha affermato.

I ricercatori stanno attualmente lavorando per stampare array di microelettrodi 3D più complessi.

Inoltre, stanno esaminando sensori stampabili che reagiscono alle sostanze chimiche, non solo alle fluttuazioni di tensione.  

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