选用导电聚合物液体原材料开发3D打印设计绵软而灵便的人的大脑电级

前不久,据3D资源巴掌握,麻省理工大学(MIT)的科学研究工作人员和技术工程师已经应用3D打印技术性,选用导电聚合物液体原材料开发设计绵软而灵便的人的大脑电级。

麻省理工大学的技术工程师们已经对导电聚合物的3D打印开展科学研究,她们已经科学研究开发设计合乎人的大脑轮廊的软神经系统假体,并在长些的時间内监控主题活动,而不容易加重周边机构的情况。

一般由金属材料做成的人的大脑假体会造成发炎和伤疤机构的沉积。 3D打印的软性高聚物电子产品的应用能够潜在地出示一种更软,更安全性,更迅速的取代方式 ,以取代致力于检测人的大脑主题活动的目前金属材料基电级。因而,此项科学研究针对开发设计可刺激性神经系统地区减轻癫痫病,帕金森的症状和比较严重抑郁症症状的人的大脑假体也将会有效。

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软性神经系统电级,含有3D打印的软电子器件特异性高聚物。照片来源于麻省理工大学。

3D打印导电聚合物

在近期发布的科学研究中,由机械设备水利学和土木工程与环境工程学专家教授赵选河领导干部的麻省理工大学科学研究工作组简述了一种3D打印神经系统探头和别的像硫化橡胶一样绵软和有延展性的电子产品的方式 。该科学研究集中化于导电聚合物,导电聚合物是具备原有导电率的一类高聚物。他们在商业服务上作为防静电建筑涂料,由于他们能够合理地带去一切堆积在电子产品和别的非常容易造成静电感应的表层上的静电作用。

“这种高聚物解决方法非常容易喷漆在触摸显示屏等电子产品上。”麻省理工大学Zhao工作组的硕士研究生Hyunwoo Yuk讲到, “可是液體方式关键用以匀质建筑涂料,没办法将其用以一切二维,高像素的图案设计。在三d方式下,它是不太可能的。”在文中中,科学研究工作人员详细介绍了一种根据聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的三d可复印导电聚合物墨溶液。一般,它是一种液體状的导电聚合物水溶液,在其中包括出示原材料导电性特点的纳米纤维。麻省理工大学的科学研究工作组将这类化学物质变化为一种类似“黏性美白牙膏”的增稠原材料,令其其可开展3D打印,另外仍保存了该原材料原有的导电率。

使PEDOT:PSS解决方法与3D打印适配的全过程包含将原材料冷冻干燥,除去液體并留有干躁的纳米纤维栽培基质。随后将这种纳米纤维与他们此前早已开发设计的水和溶剂的水溶液混和,以产生置入纳米纤维的水凝胶。根据对不一样的水凝胶方式开展实验,科学研究工作人员发觉,纳米纤维的净重百分数接近5%到8%中间,能够造成美白牙膏状的原材料,该原材料既导电性又合适送进3D打印机。“最开始,如同肥皂液一样,大家萃取纳米纤维,使其像美白牙膏一样浓稠,因而我们可以将其做为一种较密的可印刷液體挤压。”

根据将新的,偏厚的导电聚合物送进3D打印机中,科学研究工作人员可以生产制造出平稳的导电性图案设计。因而,该团体应用PEDOT:PSS解决方法建立了几类导电聚合物机器设备,包含绵软的硫化橡胶状电级,并将其嵌入到小白鼠的人的大脑中,为此做为定义认证。Yuk填补说:“大家期待根据演试这一定义证实,大家能够应用该技术性快速制造不一样的机器设备。“她们能够在三十分钟内变更设计方案,运作复印编码并转化成新设计方案。这彻底能够简单化由彻底由软原材料做成的神经系统页面的开发设计。”

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该团体还包装印刷了软多电级列阵。照片来源于麻省理工大学。

检测3D打印电级  

中小型电级由一层绵软的全透明高聚物构成,MIT工作组三d在其内以细的直线聚集了PEDOT:PSS原材料,该线聚集在一个顶尖,宽约10μm。它的规格保证了电级具备从单独神经细胞(即应用电火花在人的大脑中信息传递的体细胞)捡取电子信号的工作能力。根据检测,科学研究工作人员发觉嵌入的电级的确可以检验到来源于耗子人的大脑内单独神经细胞的电子信号,因为它在控制计划自然环境中随意挪动。

规范的神经系统假体应用金属电极来刺激性和监控中枢神经系统的一部分和构造。这能够使生物学家更清楚地掌握人的大脑的主题活动,并有利于对于各种各样中枢神经系统病症(比如帕金森的症状)量身定做治疗法和长期性的人的大脑假体。

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3D打印的导电聚合物网格图的SEM图象为200 µm。照片来源于《自然通讯》。

除开将会在震动的状况下对人的大脑机构导致危害外,正常情况下,与根据水凝胶的电级对比,金属电极对人的大脑中的电子信号不特别敏感。这是由于金属电极以电子器件方式传输电,而人的大脑中的神经细胞以电离方式造成电子信号-这代表电离电流量必须变换才可以被金属电极纪录。这有可能造成数据信号的一些一部分在翻译中遗失。据我国3D打印网掌握,比较之下,3D打印的软电级是由导电性纳米纤维做成的,置入在水凝胶中,水凝胶是一种电离能够随意根据的水性原材料。导电聚合物水凝胶的漂亮之处取决于其绵软的物理性能,它是由电离导电性的水凝胶及其纳米纤维的多孔结构海棉做成,电离能够注入和排出。因为电级的全部容量都处在激活状态,因而敏感度获得了提升。

神经系统假体行业的3D打印

虽然在导电聚合物的应用层面独树一帜,但麻省理工大学的科学研究团体并并不是第一个应用3D打印建立神经系统假体的人。早在今年,卡内基梅隆高校(Carnegie Mellon University)的科学研究工作人员就发布了一项科学研究,该科学研究应用三d金纳米颗粒复印技术性来建立密度高的神经系统探头以纪录神经科学数据信息。该新项目从英国国立大学环境卫生研究所(NIH)得到了195万美金的赠费。

两月后,总公司坐落于纽约市的生物科技新成立公司Qrons公布与新罕布什尔州达特茅斯学校达到专利权(IP)授权文件,以开发设计三d可复印假体来医治穿透力或外伤性颅脑损伤(TBI)。

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