Le Dr Akhilesh Gaharwar et l’étudiante diplômée Kaivalya Deo ont conçu une encre hydrogel hautement biocompatible et conductrice d’électricité. |
L’électronique flexible a permis de concevoir des capteurs, des actionneurs, des dispositifs microfluidiques et électroniques sur des sous-couches flexibles, conformes et/ou extensibles pour des applications portables, implantables ou ingérables. Cependant, ces dispositifs ont des propriétés mécaniques et biologiques très différentes de celles des tissus humains et ne peuvent donc pas être intégrés au corps humain.
Une équipe de chercheurs de l’université A&M du Texas a mis au point une nouvelle catégorie d’encres biomatérielles qui imitent les caractéristiques natives des tissus humains hautement conducteurs, comme la peau, qui sont essentielles pour que l’encre puisse être utilisée dans l’impression 3D.
Cette encre biomatérielle exploite une nouvelle classe de nanomatériaux 2D connue sous le nom de disulfure de molybdène (MoS2). La structure en couches minces du MoS2 contient des centres de défauts qui le rendent chimiquement actif et, combiné à de la gélatine modifiée, permet d’obtenir un hydrogel flexible, comparable à la structure de la gelée.
« L’impact de ce travail est d’une grande portée dans l’impression 3D », a déclaré le Dr Akhilesh Gaharwar, professeur associé au département de génie biomédical et Presidential Impact Fellow. « Cette encre hydrogel de conception nouvelle est hautement biocompatible et électriquement conductrice, ouvrant la voie à la prochaine génération de bioélectronique portable et implantable. »
Cette étude a été récemment publiée dans ACS Nano.
Dessin d’un avant-bras avec un dispositif imprimable en 3D. Le graphique à droite du bras montre la capture dynamique du mouvement par la mesure de la variation de résistance.
Les chercheurs du laboratoire Gaharwar ont mis au point une nouvelle bio-encre nano-ingénierie pour la bioélectronique portable imprimable en 3D. Ces dispositifs imprimables en 3D sont électroniquement actifs et peuvent surveiller le mouvement humain dynamique, ouvrant la voie à la surveillance continue du mouvement. | Image : Laboratoire Gaharwar
L’encre possède des propriétés d’amincissement par cisaillement qui diminuent la viscosité à mesure que la force augmente. Elle est donc solide à l’intérieur du tube mais s’écoule plutôt comme un liquide lorsqu’on la presse, comme le ketchup ou le dentifrice. L’équipe a incorporé ces nanomatériaux électriquement conducteurs dans une gélatine modifiée pour fabriquer une encre hydrogel dont les caractéristiques sont essentielles pour concevoir une encre propice à l’impression 3D.
« Ces dispositifs imprimés en 3D sont extrêmement élastomères et peuvent être comprimés, pliés ou tordus sans se casser », a déclaré Kaivalya Deo, étudiante diplômée du département d’ingénierie biomédicale et auteur principal de l’article. « En outre, ces dispositifs sont électroniquement actifs, ce qui leur permet de surveiller le mouvement humain dynamique et ouvre la voie à la surveillance continue du mouvement. »
Afin d’imprimer l’encre en 3D, les chercheurs du laboratoire Gaharwar ont conçu une bio-imprimante 3D multi-têtes, rentable, en open-source, entièrement fonctionnelle et personnalisable, fonctionnant avec des outils open-source et des logiciels gratuits. Cela permet également à tout chercheur de construire des bio-imprimantes 3D adaptées à ses propres besoins de recherche.
L’encre hydrogel électriquement conductrice imprimée en 3D peut créer des circuits complexes en 3D et n’est pas limitée à des conceptions planaires, ce qui permet aux chercheurs de fabriquer de la bioélectronique personnalisable adaptée aux besoins spécifiques des patients.
En utilisant ces imprimantes 3D, Deo a pu imprimer des dispositifs électroniques électriquement actifs et extensibles. Ces dispositifs présentent d’extraordinaires capacités de détection des contraintes et peuvent être utilisés pour concevoir des systèmes de surveillance personnalisables. Cela ouvre également de nouvelles possibilités pour la conception de capteurs extensibles avec des composants microélectroniques intégrés.
L’une des applications potentielles de cette nouvelle encre est l’impression en 3D de tatouages électroniques pour les patients atteints de la maladie de Parkinson. Les chercheurs envisagent que ce tatouage électronique imprimé puisse surveiller les mouvements du patient, y compris ses tremblements.
Ce projet est mené en collaboration avec le Dr Anthony Guiseppi-Elie, vice-président des affaires académiques et du développement de la main-d’œuvre au Tri-County Technical College en Caroline du Sud, et le Dr Limei Tian, professeur adjoint d’ingénierie biomédicale à Texas A&M.
Cette étude a été financée par le National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, le National Institute of Neurological Disorders and Stroke et le Texas A&M University President’s Excellence Fund. Un brevet provisoire sur cette technologie a été déposé en association avec la Texas A&M Engineering Experiment Station.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c09386
