Des scientifiques de l'Université de Houston ont mis au point une nouvelle méthode d'impression 3D de biocapteurs qui pourraient un jour être implantés dans un hôte humain.
Utilisant la lithographie multiphotonique (MPL), la méthode de l'équipe consiste à polymériser couche par couche des résines chargées de matériaux semi-conducteurs organiques pour former de minuscules cartes de circuits imprimés biocompatibles. Jusqu'à présent, les chercheurs ont utilisé leur procédé pour créer des capteurs de glucose de haute précision, mais avec d'autres recherches et développements, ils pensent que cela pourrait ouvrir la voie à la production d'une nouvelle génération de dispositifs bioélectroniques.
"Ici, une résine photosensible uniforme et transparente dopée avec des matériaux semi-conducteurs organiques (OS) a été introduite pour fabriquer diverses microstructures composites OS 3D (OSCM)", a déclaré l'équipe dans son article. "[Nos] résultats démontrent le grand potentiel de ces dispositifs pour un large éventail d'applications allant de la bioélectronique flexible à la nanoélectronique et aux dispositifs d'organes sur puce."
Donner vie aux implants conducteurs
Dans leur article, les chercheurs ont identifié le MPL comme la technologie « de pointe » en matière d'impression 3D par écriture laser directe (DLW) en raison de la polyvalence du matériau et de la haute précision qu'il peut atteindre (résolution jusqu'à 15 nanomètres) . ). En tant que telle, l'équipe de Houston considère la technologie comme idéale pour produire le type de dispositifs nanoélectroniques qui ont fait l'objet de recherches intensives au cours des dernières années.
Cependant, la viabilité de l'impression 3D de tels bioimplants continue d'être limitée par la faible conductivité électrique des matériaux utilisés pour les produire. Selon les scientifiques, cela s'explique par le fait que les prototypes bioélectroniques sont généralement constitués de nanotubes de carbone ou de graphène, de sorte qu'ils ont des propriétés inorganiques qui sont "difficiles à disperser uniformément dans les résines" et "sans séparation de phase significative".
Pour pallier ces lacunes, les chercheurs de Houston ont donc développé leur propre résine MPL, composée de polymère PEGA chargé de DMSO, de PEDOT : semi-conducteur organique PSS, de laminine et de glucose oxydase, qui peut être précisément imprimée en 3D dans des mini-biomes Planche aux caractéristiques uniformes
PCB cytocompatible imprimé en 3D
Initialement, les chercheurs ont utilisé leur matériau pour produire une variété de dispositifs microélectroniques, y compris des cartes de circuits imprimés (PCB), qui contenaient un réseau de micro-condensateurs. Une fois qu'ils ont démontré l'efficacité de leur technique, l'équipe a entrepris d'expérimenter la laminine, une glycoprotéine présente dans les membranes de différents tissus animaux qui favorise l'attachement, la signalisation et la migration cellulaires.
Après avoir chargé la résine avec la protéine, l'équipe a continué à l'imprimer en 3D dans des microstructures plus complexes, qui ont ensuite été cultivées dans du tissu de souris pendant 48 heures. Par rapport aux échantillons non médicamentés, les scientifiques ont noté que leurs cellules présentaient des preuves de "survie améliorée" tout en conservant la capacité de favoriser l'attachement et la prolifération.
Après avoir déterminé la biocompatibilité des implants, les chercheurs ont cherché à évaluer les propriétés électrochimiques de ces dispositifs. Des tests à une fréquence biologiquement pertinente de 1 kHz ont montré qu'à mesure que le diamètre de la microélectrode augmentait, l'impédance électrique du PCB de l'équipe diminuait à toutes les fréquences (1 à 105 Hz), avec des résultats "conformes aux résultats précédemment rapportés"
Enfin, pour démontrer l'application potentielle de leur méthode, les scientifiques l'ont utilisée pour produire un nouveau type de biocapteur capable de détecter les niveaux de glucose avec une stabilité et une précision élevées en utilisant le courant électrique. Étant donné que l'appareil est dix fois plus sensible que les moniteurs actuels, l'équipe affirme que leur résine pourrait désormais aider à accélérer les progrès humains vers les implants cybernétiques.
« Nous prévoyons que les résines composites OS compatibles MPL qui ont fait leurs preuves produiront des microstructures souples, bioactives et conductrices pour une variété d'applications dans des domaines émergents tels que la bioélectronique/biocapteurs flexibles, la nanoélectronique, les organes sur puce et la thérapie cellulaire immunitaire. Ouvrir la voie.", ont conclu les chercheurs dans leur article.
