用于3d打印可穿戴生物电子设备的油墨设计

增材制造见解

• 德州农工大学开发了一种新型生物材料墨水，可以模仿高导电人体组织的固有特征，这是3D打印或增材制造中使用的墨水所需要的。
• 为了打印墨水，研究人员设计了一种低成本、开源的多头生物3D打印机，它可以运行在开源工具和免费软件上。

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柔性电子器件已经能够在柔性、保形和/或可拉伸子层上设计传感器、执行器、微流体和电子器件，用于可穿戴、可植入或可食用应用。然而，与人体组织相比，这些设备具有非常不同的机械和生物特性，因此不能与人体集成。

德克萨斯农工大学的一组研究人员开发了一种新型生物材料墨水，它可以模仿高导电人体组织的固有特征，就像皮肤一样，这对墨水用于3D打印至关重要。

这种生物材料墨水利用了一种新型的二维纳米材料，即二硫化钼(MoS2)。MoS2的薄层结构包含缺陷中心，使其具有化学活性，并与改性明胶结合，获得柔性水凝胶，与果冻的结构相当。

生物医学工程系副教授、总统影响研究员Akhilesh Gaharwar博士说:“这项工作在3D打印领域的影响是深远的。”“这种新设计的水凝胶墨水具有高度的生物相容性和导电性，为下一代可穿戴和可植入生物电子设备铺平了道路。”

这项研究最近发表在ACS Nano上。

墨水具有剪切减薄特性，随着力的增加粘度会降低，所以它在管内是固体，但在挤压时更像液体，类似于番茄酱或牙膏。该团队将这些导电纳米材料加入改性明胶中，制成了一种水凝胶墨水，这种墨水的特性对于设计有利于3D打印的墨水至关重要。

该论文的主要作者、生物医学工程系的研究生Kaivalya Deo说:“这些3d打印设备具有极强的弹性，可以压缩、弯曲或扭曲而不会断裂。”“此外，这些设备是电子激活的，使它们能够监测动态人体运动，为连续运动监测铺平了道路。”

为了3D打印墨水，Gaharwar实验室的研究人员设计了一种具有成本效益、开源的multi-head生物3D打印机，该打印机功能齐全、可定制，运行在开源工具和免费软件上。这也允许任何研究人员根据自己的研究需要量身定制3D生物打印机。

这种导电的3D打印水凝胶墨水可以创建复杂的3D电路，而且不局限于平面设计，使研究人员能够根据患者的特定要求定制生物电子学。

利用这些3D打印机，Deo能够打印出电活性和可拉伸的电子设备。这些设备表现出非凡的应变传感能力，可用于工程定制监测系统。这也为设计具有集成微电子元件的可拉伸传感器提供了新的可能性。

这种新墨水的潜在应用之一是3D打印帕金森病患者的电子纹身。研究人员设想，这种打印的电子纹身可以监测病人的运动，包括颤抖。

原始内容可以在设备工程．

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