Elektronik organik skala mikro untuk digunakan dalam bioelektronika

Ketika melihat masa depan produksi elektronik organik skala mikro, Mohammad Reza Abidian — profesor Teknik Biomedis di Fakultas Teknik Universitas Houston Cullen — melihat potensi mereka untuk digunakan dalam elektronik fleksibel dan bioelektronika, melalui multifoton 3- D printer.

Makalah terbaru dari kelompok risetnya meneliti kemungkinan teknologi itu. “Litografi Multifoton Perangkat Semikonduktor Organik untuk Pencetakan 3D Sirkuit Elektronik Fleksibel, Biosensor, dan Bioelektronika” diterbitkan secara online di Bahan Lanjutan.

Selama beberapa tahun terakhir, pencetakan 3D elektronik telah menjadi teknologi yang menjanjikan karena aplikasi potensial mereka di bidang yang muncul seperti nanoelektronik dan nanofotonik. Di antara teknologi mikrofabrikasi 3D, litografi multifoton (MPL) dianggap paling canggih di antara metode fabrikasi mikro dengan kemampuan fabrikasi 3D yang sebenarnya, tingkat kontrol spasial dan temporal yang sangat baik, dan keserbagunaan bahan fotosensitif yang sebagian besar terdiri dari bahan berbasis akrilat. polimer / monomer atau photoresists berbasis epoksi.

“Dalam makalah ini kami memperkenalkan resin fotosensitif baru yang didoping dengan bahan semikonduktor organik (OS) untuk membuat struktur mikro 3D yang sangat konduktif dengan fitur struktural berkualitas tinggi melalui proses MPL,” kata Abidian.

Mereka menunjukkan bahwa proses fabrikasi dapat dilakukan pada kaca dan substrat fleksibel poli(dimetilsilosan). Mereka menunjukkan bahwa memuat serendah 0,5 wt% OS ke dalam resin sangat meningkatkan konduktivitas listrik dari polimer komposit semikonduktor organik tercetak lebih dari 10 kali lipat.

“Konduktivitas listrik yang sangat baik dapat dikaitkan dengan keberadaan OS dalam rantai polimer yang terhubung silang, menyediakan jalur konduksi ionik dan elektronik di sepanjang rantai polimer,” kata Abidian.

Untuk mendemonstrasikan aplikasi elektronik potensial berdasarkan resin komposit OS, timnya membuat berbagai perangkat mikroelektronika, termasuk papan sirkuit cetak mikro, yang terdiri dari berbagai elemen listrik, dan rangkaian mikrokapasitor.

Bioprinting tiga dimensi dari perangkat mikro semikonduktor organik berbasis MPL memiliki potensi dalam aplikasi biomedis termasuk rekayasa jaringan, bioelektronik dan biosensor. Tim Abidian berhasil memasukkan molekul bioaktif seperti laminin dan glukosa oksidase ke dalam mikrostruktur komposit OS (OSCM). Untuk mengkonfirmasi bahwa bioaktivitas laminin dipertahankan sepanjang seluruh proses MPL, sel-sel endotel tikus primer dikultur pada mikrostruktur komposit OS. Sel-sel yang diunggulkan pada OSCM yang tergabung dalam laminin menunjukkan bukti kepatuhan terhadap substrat, proliferasi, dan peningkatan kelangsungan hidup.

“Kami juga menilai biokompatibilitas struktur komposit OS dengan membiakkan limfosit, yaitu sel T limpa dan sel B, pada permukaan yang dibuat dan membandingkannya dengan permukaan kontrol. Setelah tujuh hari kultur, polimer komposit OS tidak menginduksi kematian sel. dengan viabilitas sel sekitar 94 persen dibandingkan dengan permukaan kontrol,” kata Abidian. “Selain itu, efek potensial polimer komposit OS pada aktivasi sel juga dipelajari. Setelah tujuh hari kultur, tidak ada perbedaan yang signifikan dalam ekspresi penanda aktivasi pada limfosit antara struktur komposit OS dan permukaan kontrol.”

Akhirnya, Abidian mengusulkan metode tanpa topeng berdasarkan MPL untuk pembuatan bioelektronik dan biosensor. Mereka membuat biosensor glukosa yang mirip dengan elektroda saraf gaya Michigan. Glukosa oksidase, suatu enzim untuk pengenalan spesifik glukosa, dienkapsulasi dalam mikroelektroda komposit OS yang dipadatkan melalui proses MPL. Biosensor menawarkan platform penginderaan glukosa yang sangat sensitif dengan sensitivitas hampir 10 kali lipat lebih tinggi dibandingkan dengan biosensor glukosa sebelumnya. Selain itu, biosensor ini menunjukkan spesifisitas yang sangat baik dan reproduktifitas yang tinggi.

“Kami mengantisipasi bahwa resin komposit OS yang kompatibel dengan MPL yang disajikan akan membuka jalan menuju produksi mikrostruktur lunak, bioaktif, dan konduktif untuk berbagai aplikasi di bidang yang muncul dari bioelektronika fleksibel, biosensor, nanoelektronik, organ-on-chip, dan sel imun. terapi.” Abidian berkata

Rekan penulis di atas kertas termasuk mantan mahasiswa pascasarjana Omid Dadras-Toussi dan Milad Khorrami; dan peneliti pascadoktoral Anto Sam Crosslee Louis Sam Titus. Abidian memuji karya murid-muridnya dalam penelitian ini dan mencatat bahwa Dadras-Toussi akan memulai pekerjaan baru dengan Medtronic, sebuah perusahaan S&P 100 dengan pendapatan tahunan $30 miliar, bulan ini.

Sheereen Majd, profesor Teknik Biomedis, dan Chandra Mohan, Hugh Roy dan Lillie Cranz Cullen Profesor Teknik Biomedis di UH Cullen College of Engineering juga merupakan rekan penulis. Abidian mengatakan rekan-rekannya adalah kolaborator yang signifikan untuk penelitian ini.

Sumber Cerita:

Materi disediakan oleh Universitas Houston. Asli ditulis oleh Stephen Greenwell. Catatan: Konten dapat diedit untuk gaya dan panjangnya.

Komputasi Seluler