Электрическая активность нервной ткани или сердца может быть записана непосредственно с органов с помощью микроэлектородов. Но для этого приборы, фиксирующие потенциалы, должны быть изготовлены из мягких материалов. Существующие методы не позволяют присоединить электроды к таким материалам.
Исследователи из Технического университета Мюнхена (Technical University of Munich) напечатали электроды струйным принтером непосредственно на мягких материалах. Их технология даст основу серьезному усовершенствованию клинической диагностики. Например, напечатанные компоненты, состоящие из большого количества микроэлектродов, могут регистрировать электрические потенциалы, возникающие в результате активности нейронов или мышечных клеток.
Мягкое основание позволяет использовать микроэлектроды для регистрации активности живых клеток без риска воспаления или нарушения функции органов, как это бывает при использовании твердых датчиков из кремния.
Идея создать устройство для прямой записи электрических импульсов из мягких материалов не нова. Но впервые ученые напечатали электроды с помощью струйного принтера. Это позволило сэкономить силы и деньги, ведь другие способы требуют доступа в дорогие специализированные лаборатории и большого количества времени. Струйная печать решает эти проблемы. Кроме того, они легко перерабатываются после использования.
Электроды печатаются чернилами на основе углерода. Для того чтобы предотвратить попадания на них рассеивающих сигналов, электроды сверху покрываются нейтральным защитным слоем.
Схема устройства с микроэлектродами и технология печати. a –наружные линии печатаются чернилами с наночастицами серебра на пластине 12х12 мм; b – внутренние линии и микроэлектродные массивы печатаются чернилами с наночастицами углерода; c – слой пассивации 9х9 мм печатается полиимидными чернилами. d, e, f – последовательный процесс печати микроэлектродного массива на ПДМС под микроскопом: d – серебряные чернила, e – углеродные чернила, f – полиимидные чернила. g – принцип регистрации потенциалов действия. Источник: статья в Npj Flexible Electronics.
Чтобы доказать универсальность технологии, исследователи протестировали ее на различных гидрогелевых субстратах, включая ПДМС (полидиметилсилоксан) – мягкую форму кремний-агарозы, обычно используемую в биологических экспериментах, а также различные формы желатина и даже мармеладных конфет. Каждый из этих материалов обладает свойствами, подходящими для определенных целей. Например, имплантаты с желатиновым покрытием могут уменьшить нежелательные реакции в живой ткани.
Микроэлектродные массивы на мармеладных конфетах. Источник: Technical University of Munich.
В экспериментах на клеточных культурах ученые доказали надежность работы мягких датчиков. При средней ширине 30 микрометров они позволяют проводить измерения в одной или нескольких клетках.
Трудность заключается в тонкой настройке всех компонентов – как параметров принтера, так и состава чернил. В случае с ПДМС, например, пришлось использовать предварительную обработку, чтобы заставить чернила прилипать к поверхности.
Печатные микроэлектродные массивы на мягких материалах можно использовать в разных областях, как для исследовательской работы, так и в медицинской практике. В будущем подобные мягкие структуры могут использоваться для мониторинга функций сердца или определенного нерва, и даже служить кардиостимулятором.
Авторы в настоящее время работают над печатью более сложных трехмерных микроэлектродных схем. Они также разрабатывают датчики, которые избирательно реагировали бы на химические вещества, а не только на электрические импульсы.
Статья N. Adly et al. Printed microelectrode arrays on soft materials: from PDMS to hydrogelsопубликована в журнале Npj Flexible Electronics.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Technical University of Munich: Producing sensors with an inkjet printer.
