В Принстоне разработали биоэлектронную 3D-печать

Бионическое ухо

Исследователи из Принстонского университета усовершенствовали технологию 3D-печати. Они научились использовать в качестве рабочего материала не только полимеры и металлы, но и полупроводниковые компоненты. Таким способом можно создавать объемные электрические схемы. Новый подход также упрощает интеграцию гибкой электроники в биосовместимые материалы, помогая создавать более совершенные импланты.

«С картриджем, содержащим «полупроводниковые чернила», появляется возможность печатать схемы для любых задач», – поясняет руководитель исследовательской группы доцент кафедры механической и аэрокосмической инженерии в Принстоне Майкл МакЭлпайн.

В прошлом году схожая технология печати использовалась для создания биоэлектронного уха. Оно было изготовлено из собственных клеток пациента, удерживаемых в гидрогелевой матрице. Печать осуществлялась суспензией, содержащей наночастицы серебра. С их помощью в слое гидрогеля сформировали катушку индуктивности. Бионическое ухо стало похоже на портативный радиоприемник: оно смогло принимать радиоволны, преобразуя их в звук. Затем в группе стали развивать методику 3D-печати и создали новую модификацию, использующую картриджи не только с проводящими, но и с полупроводниковыми материалами.

«Есть ряд проблем взаимодействия электронных материалов с биологическими, – комментирует МакЭлпайн. – В основном они касаются механических свойств и разной температурной устойчивости. Ранее другие исследователи предлагали несколько стратегий для адаптации электроники к живым тканями, но это слияние обычно происходит в плоскости и возможно лишь на поверхности. Наша работа предполагает новый подход: мы будем выращивать биологические компоненты вместе с электронными в 3D».

В качестве доказательства возможностей метода научная группа изготовила ряд прототипов. Этой осенью группа показала миниатюрный светодиод, интегрированный в контактную линзу. По сравнению с бионическим ухом, печать светодиода потребовала большей точности. Разрешение повысили в тысячу раз – с одного миллиметра до микрометра.

Светодиод на квантовых точках, изготовленный методом 3D-печати

Материалом для светодиода послужили квантовые точки на основе селенида кадмия и сульфида цинка. Эти полупроводниковые наночастицы излучают свет (люминесцируют) под действием электрического тока. При создании проводников и контактов устройства использовались два вида металлов, а силиконовая матрица удерживала все элементы конструкции вместе. Группа МакЭлпайна также изготовила полимерный куб, содержащий восемь попарно расположенных светодиодов зеленого и оранжевого цвета.

«Крошечные светодиоды – простейший пример компонентов активной электроники. Когда мы сможем печатать другие, то научимся интегрировать в биологические ткани сенсоры и логические схемы любой сложности», — считает МакЭлпайн.