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Sep 17, 2023

새로운 3D 프린트

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아리아드나 코르테스/IStock

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유연한 전자 장치는 센서, 액추에이터, 미세유체공학, 전자 장치 등 다양한 분야에서 사용되었습니다. 이식형 또는 섭취형 응용 분야에 착용할 수 있도록 유연하고 규정을 준수하며 확장 가능한 기판이 될 수 있지만 포함된 물질로 인해 인체에 통합하는 것은 불가능했습니다.

그러나 텍사스 A&M 대학교 연구팀은 피부와 마찬가지로 인간 조직을 모방하는 3D 프린팅을 사용하여 새로운 종류의 생체재료 잉크를 개발했습니다.

이 연구는 최근 ACS Nano에 게재되었습니다.

연구에 따르면 새로 생산된 생체재료 잉크는 이황화몰리브덴(MoS2)으로 알려진 새로운 종류의 2D 나노재료를 활용합니다. Mo32의 이 얇은 층 구조는 결함 중심을 포함하여 화학적으로 활성을 갖게 하며, 변형된 젤라틴과 결합하여 유연한 하이드로겔을 얻으며 Jell-O의 구조와 유사합니다.

텍사스 A&M 엔지니어링

"이 작업의 영향은 3D 프린팅에 광범위하게 영향을 미칩니다."라고 생의학 공학과 부교수이자 대통령 임팩트 펠로우인 Akhilesh Gaharwar가 말했습니다.

"이 새로 개발된 하이드로겔 잉크는 생체 적합성이 높고 전기 전도성이 뛰어나 차세대 착용 가능 및 이식 가능 생체 전자 공학의 길을 열었습니다."라고 그는 말했습니다.

연구원들은 변형된 젤라틴 내에 전기 전도성 나노물질을 융합하여 3D 프린팅에 도움이 되는 잉크를 설계하는 데 필요한 하이드로겔 잉크를 만들었습니다.

일반적으로 잉크는 힘이 증가함에 따라 점도가 감소하는 전단박화 특성을 갖습니다. 그렇기 때문에 튜브 안에는 고체 상태로 남아 있다가 밖으로 나오면 액체로 변하는 것입니다.

가하와르 연구소/텍사스 A&M 대학교

연구 결과에 따르면 새로 생산된 3D 잉크는 착용이 가능한 것으로 나타났으며, 이러한 이유로 예를 들어 파킨슨병 환자의 피부 아래에 주사하여 모니터링을 용이하게 할 수 있을 것으로 믿어집니다.

"이러한 3D 프린팅 장치는 탄성이 매우 뛰어나며 깨지지 않고 압축, 굽힘 또는 비틀림이 가능합니다."라고 해당 논문의 주요 저자이자 생체의학 공학과 대학원생인 Kaivalya Deo가 말했습니다. "또한 이러한 장치는 전자적으로 활성화되어 동적 인간 동작을 모니터링할 수 있으며 지속적인 동작 모니터링을 위한 길을 열어줍니다."라고 그는 말했습니다.

이 프로젝트는 사우스 캐롤라이나에 있는 Tri-County Technical College의 학업 및 인력 개발 담당 부사장인 Anthony Guiseppi-Elie 박사와 텍사스 A&M의 생체의학 공학 조교수인 Limei Tian 박사와 협력하고 있습니다.

이 연구는 국립 생체의학 영상 및 생명공학 연구소, 국립 신경 장애 및 뇌졸중 연구소, 텍사스 A&M 대학교 총장 우수 기금의 지원을 받았습니다. 이 기술에 대한 임시 특허는 Texas A&M Engineering Experiment Station과 관련하여 제출되었습니다.

연구 개요:

유연한 전자 장치에는 기본 조직과 유사한 기계적 특성을 지닌 탄성 및 전도성 바이오 인터페이스가 필요합니다. 이러한 바이오 인터페이스를 설계하기 위한 기존 접근 방식은 독성 광개시제를 사용하여 가교된 고분자 하이드로겔과 함께 전도성 나노 물질을 활용하는 경우가 많습니다. 더욱이, 이러한 시스템은 생리적 조건 하에서 생체 적합성이 좋지 않고 전도성과 기계적 강성 사이의 상충 관계에 직면하는 경우가 많습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 우리는 3D 프린팅 유연한 생체 전자 공학을 위한 생체 재료 잉크로 전단 박화 하이드로겔 클래스를 개발했습니다. 이러한 하이드로겔은 자연 유래 폴리머 티올화 젤라틴을 사용하여 MoS2 나노 어셈블리의 손쉬운 공극 기반 겔화를 통해 설계되었습니다. 전단박화 특성으로 인해 이러한 나노공학 하이드로겔은 기계적 변형에 반응할 수 있는 복잡한 모양으로 인쇄될 수 있습니다. 화학적으로 가교된 나노공학 하이드로겔은 압축 계수가 20배 증가했으며 영구 변형 없이 최대 80%의 변형을 견딜 수 있어 인간의 해부학적 유연성을 충족합니다. 나노공학 네트워크는 높은 전도성, 압축 계수, 유사 정전 용량 및 생체 적합성을 나타냅니다. 3D 프린팅된 가교 구조는 우수한 변형 감도를 보여주며 다양한 모션 역학을 감지하는 웨어러블 전자 장치로 사용될 수 있습니다. 전반적으로, 결과는 이러한 나노공학 하이드로겔이 3D 프린팅된 유연한 바이오센서, 액추에이터, 광전자 공학 및 치료 전달 장치를 포함한 다양한 신흥 생체 의학 응용 분야에 향상된 기계적, 전자적 및 생물학적 특성을 제공한다는 것을 시사합니다.