Исследовательская группа в Университете Хьюстона (США) разработала технологию многофотонной литографии органических полупроводниковых устройств для 3D-печати гибких электронных схем, биосенсоров и биоэлектроники. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Глядя на будущее производства микроорганической электроники, доцент биомедицинской инженерии в Университете Хьюстона Мохаммад Реза Абидиан видит их потенциал для использования в гибкой электронике и биоэлектронике с помощью многофотонных 3D-принтеров. В недавней статье его исследовательской группы, опубликованной в Advanced Materials, рассматриваются возможности этой технологии.
За последние несколько лет 3D-печать электроники стала многообещающей технологией из-за ее потенциального применения в новых особо перспективных областях, таких как наноэлектроника и нанофотоника. Среди технологий 3D-микрообработки многофотонная литография (MPL) считается самым передовым методом микрообработки с настоящими возможностями 3D-производства. Превосходный уровень пространственного и временного контроля достигается универсальностью светочувствительных материалов, в основном состоящих из акрилатов, полимеров/мономеров или фоторезистов на эпоксидной основе.
«В статье по итогам исследований мы представили новую фоточувствительную смолу, легированную органическим полупроводниковым материалом (OS), для изготовления высокопроводящих трехмерных микроструктур с высококачественными структурными характеристиками с помощью процесса MPL», – сказал Абидиан.
Процесс экспериментального изготовления смолы был выполнен на стекле и гибкой подложке из (поли)диметилсилозана. Установлено, что добавление всего лишь 0,5% массовой доли OS в смолу значительно (более чем на 10 порядков) увеличивает электропроводность печатного органического полупроводникового композитного полимера.
«Отличная электропроводность может быть объяснена присутствием OS в сшитых полимерных цепях, что обеспечивает как ионные, так и электронные пути проводимости вдоль полимерных цепей», – пояснил Абидиан.
Чтобы продемонстрировать потенциальные виды практического применения технологии печати на основе композитной смолы OS, научная команда Абидиана изготовила различные микроэлектронные устройства, в том числе микропечатную плату, которая содержит различные электрические элементы и набор микроконденсаторов.
Трехмерная биопечать органических полупроводниковых микроустройств на основе MPL имеет потенциал и в биомедицинской сфере, включая тканевую инженерию, биоэлектронику и биосенсоры. В частности, команда Абидиана успешно внедрила биоактивные молекулы, такие как ламинин и глюкозооксидаза, в составные микроструктуры.
«Мы оценили биосовместимость композитных структур OS путем культивирования лимфоцитов, а именно селезеночных Т-клеток и В-клеток, на изготовленных н композитных поверхностях, и сравнили их с контрольными поверхностями. После семи дней культивирования композитные полимеры показали примерно 94-процентную жизнеспособность клеток. После семи дней культивирования не было обнаружено существенной разницы в экспрессии маркеров активации на лимфоцитах между композитными структурами OS и контрольными поверхностями», – отметил Абидиан.
Помимо этого, исследовательская группа Университета Хьюстона предложила безмасочный метод, основанный на MPL, для изготовления биоэлектроники и биосенсоров. Они изготовили биосенсор, похожий на нейронные электроды. Глюкозооксидаза (фермент для специфического распознавания глюкозы) была инкапсулирована в отвержденные композитные микроэлектроды OS с помощью процесса MPL.
Полученный биосенсор представляет собой высокочувствительную платформу для измерения глюкозы с почти в 10 раз более высокой чувствительностью по сравнению с предыдущими биосенсорами глюкозы. Кроме того, этот биосенсор показал превосходную специфичность и высокую воспроизводимость.
«Мы ожидаем, что представленные композитные смолы OS, совместимые с MPL, проложат путь к производству мягких, биоактивных и проводящих микроструктур для различных приложений в новых областях гибкой биоэлектроники, биосенсоров, наноэлектроники, органов на чипах и иммунных клеток, используемых в терапии», – считает Абидиан.