Neue Forschungsergebnisse machen einen Schritt in Richtung lasergedruckter medizinischer Elektronik

Apr 28, 2024

13. März 2023

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von der Lancaster University

Forscher haben einen großen Schritt in Richtung 3D-Laserdruckmaterialien gemacht, die bei chirurgischen Eingriffen zur Implantation oder Reparatur medizinischer Geräte verwendet werden könnten.

Ein Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Forschern der Lancaster University hat eine Methode zum 3D-Druck flexibler Elektronik mithilfe des leitenden Polymers Polypyrrol entwickelt und gezeigt, dass es möglich ist, diese elektrischen Strukturen direkt auf oder in lebenden Organismen (Spulwürmern) zu drucken. .

Über ihre Ergebnisse wird in dem Artikel „Creating 3D Objects with Integrated Electronics via Multiphoton Fabrication in vitro and in vivo“ berichtet, der in Advanced Material Technologies veröffentlicht wurde.

Obwohl sich das Verfahren noch im Proof-of-Concept-Stadium befindet, gehen Forscher davon aus, dass diese Art von Prozess, wenn er vollständig entwickelt ist, das Potenzial hat, patientenspezifische Implantate für eine Vielzahl von Anwendungen zu drucken, darunter Echtzeit-Gesundheitsüberwachung und medizinische Eingriffe wie die Behandlung von Epilepsie oder Schmerzen.

Dr. John Hardy, Dozent für Materialchemie an der Lancaster University und einer der Hauptautoren der Studie, sagte: „Dieser Ansatz verändert möglicherweise die Herstellung komplexer 3D-Elektronik für technische und medizinische Anwendungen – einschließlich Strukturen für Kommunikation, Displays usw.“ Sensoren zum Beispiel. Solche Ansätze könnten die Art und Weise, wie wir implantieren, aber auch medizinische Geräte reparieren, revolutionieren. Beispielsweise könnten Technologien wie diese eines Tages verwendet werden, um kaputte implantierte Elektronik durch einen Prozess zu reparieren, der der Laser-Zahn-/Augenchirurgie ähnelt. Sobald sie vollständig ausgereift sind, Eine solche Technologie könnte eine derzeit große Operation in ein viel einfacheres, schnelleres, sichereres und kostengünstigeres Verfahren verwandeln.“

In einer zweistufigen Studie verwendeten die Forscher einen Nanoscribe (einen hochauflösenden Laser-3D-Drucker), um einen elektrischen Schaltkreis direkt in einer Silikonmatrix in 3D zu drucken (mittels eines additiven Verfahrens). Sie zeigten, dass diese Elektronik Mausneuronen in vitro stimulieren kann (ähnlich wie neuronale Elektroden in vivo zur Tiefenhirnstimulation verwendet werden).

Dr. Damian Cummings, Dozent für Neurowissenschaften am University College London und Co-Autor der Studie, der die Hirnstimulationsarbeit leitete, sagte: „Wir nahmen 3D-gedruckte Elektroden und platzierten sie auf einem Stück Gehirngewebe einer Maus, in dem wir es am Leben hielten.“ vitro. Mit diesem Ansatz konnten wir neuronale Reaktionen hervorrufen, die denen in vivo ähneln. Passgenaue Implantate für eine Vielzahl von Geweben bieten sowohl therapeutisches Potenzial als auch können in vielen Forschungsbereichen eingesetzt werden.“

In der zweiten Phase der Studie druckten die Forscher leitende Strukturen direkt in Nematodenwürmern in 3D und zeigten so, dass der gesamte Prozess (Tintenformulierung, Laserbelichtung und Druck) mit lebenden Organismen kompatibel ist.

Dr. Alexandre Benedetto, Dozent für Biomedizin an der Lancaster University und ein weiterer Hauptautor der Studie, sagte: „Wir haben im Wesentlichen leitfähige Flecken auf winzigen Würmern tätowiert, indem wir intelligente Tinte und Laser anstelle von Nadeln verwendet haben. Es hat uns gezeigt, dass diese Technologie das erreichen kann.“ Auflösung, Sicherheit und Komfort, die für medizinische Anwendungen erforderlich sind. Obwohl die Verbesserung der Infrarot-Lasertechnologie, der intelligenten Tintenformulierung und -abgabe von entscheidender Bedeutung für die Umsetzung solcher Ansätze in die Klinik sein wird, ebnet sie den Weg für sehr spannende biomedizinische Innovationen.“

Die Forscher glauben, dass diese Ergebnisse ein wichtiger Schritt sind, der das Potenzial additiver Fertigungsansätze zur Herstellung fortschrittlicher Materialtechnologien der nächsten Generation hervorhebt – insbesondere integrierte Elektronik für technische und maßgeschneiderte medizinische Anwendungen.

Die nächsten Entwicklungsschritte in der Forschung sind bereits im Gange: Erforschung der Materialien, in denen gedruckt werden kann, der Arten von Strukturen, die gedruckt werden können, und Entwicklung von Prototypen, um sie potenziellen Endbenutzern vorzustellen, die möglicherweise an einer gemeinsamen Entwicklung interessiert sind Technologie. Die Forscher gehen davon aus, dass es noch etwa 10 bis 15 Jahre dauern wird, bis die Technologie vollständig entwickelt ist.

Mehr Informationen: Sara J. Baldock et al., Erstellen von 3D-Objekten mit integrierter Elektronik durch Multiphotonenfertigung in vitro und in vivo, Advanced Materials Technologies (2023). DOI: 10.1002/admt.202201274

Zeitschrifteninformationen:Fortschrittliche Materialtechnologien

Zur Verfügung gestellt von der Lancaster University