Тяньран Лю, аспирант лаборатории Александры Рутц, доцента биомедицинской инженерии, разработал метод аддитивного производства с использованием 3D-принтера для создания биоэлектронных материалов из коллагена и полимера, способного передавать электрические сигналы.
Ожидается, что материал на основе коллагена будет более совместим с живыми тканями, чем материалы, обычно используемые в биомедицинских устройствах, такие как стекло, металлы и кремний. Это может привести к улучшению медицинских имплантов, лабораторных моделей тканей и биоэлектронных устройств, которые более естественно взаимодействуют с организмом.
Результаты их исследований были опубликованы 19 августа в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
Тяньжань Лю, аспирант лаборатории Александры Рутц, доцента биомедицинской инженерии, разработал метод аддитивного производства с использованием 3D-принтера, который создаёт биоэлектронные материалы из коллагена и полимера, способного передавать электрические сигналы. Фото: Уитни Кёртис/WashU
Печать проводящей краски на коллагене
Лю начал с PEDOT:PSS — электропроводящего полимера, затем добавил PEGDE — химическое соединение, которое помогает гельировать PEDOT:PSS при комнатной температуре, чтобы получить чернила. Она использовала 3D-принтер для печати чернил на коллагеновой подложке, а не на стекле или пластике.
Она обнаружила, что полученный материал не смывается водой. При добавлении воды материал образует гидратированную пленку с жёсткостью, похожей на мягкие ткани. Лю обнаружил, что клетки хорошо прикрепляются к материалу, сохраняют жизнь и со временем растут.
«Такой материал легко обмотывается вокруг очень малых диаметров и обрабатывается щипцем, поэтому у него высокий хирургический потенциал», — сказал Рутц. «Главное преимущество коллагена — это биоактивность, помимо тех приятных механических свойств, которые похожи на ткани. Мы думали о приложениях, которые используют это, например, засеивать клетки непосредственно в устройство или при его имплантации, чтобы клетки-хозяины могли взаимодействовать с ним.»
Рутц отметил, что метод изготовления может использоваться для in vitro или in vivo применений, например, для датчика импеданса или нервного стимулятора.
Образы какао-масла — съемные узоры
Лю также применял технику с использованием какао-масла — растительного жира, извлеченного из какао-бобов — в качестве жертвенного материала — временного материала, придаваемого определённому узору, вставляемому или покрываемому, а затем растворяемому или удаляемому, чтобы оставить узорчатый слой. Лю сказала, что многие жертвенные материалы, которые она находила в литературе, требовали высоких температур для удаления, из-за чего их коллагеновый субстрат мог бы «прожариться».
«Мы хотели материал, который можно было бы удалять при мягкой температуре, но при этом сохранять форму при испарении, поэтому придумали использовать ингредиенты, которые часто встречаются в шоколаде», — сказал Лю.
«Мы видели видео, где люди печатают шоколад на 3D-принтере для еды, и знали, что можем напечатать какао-масло на 3D-столбах, которые легко удалять теплой водой и сохранять форму во время сушки.»
К ощущению моделей живых тканей
Лю сказал, что следующие шаги — работать над сенсорной частью биоэлектронного устройства.
«То, чему мы учимся для такой технологии, — это возможность использовать такой биоэлектрический материал для поддержки тканевой модели, одновременно пытаясь контролировать их в их (естественном) состоянии», — сказала она.
«Долгосрочная идея — объединить оба аспекта — ощущать функциональный аспект моделей тканей, находящихся в этом мягком и биоэлектронном материале.»
Бет Миллер, Вашингтонский университет в Сент-Луисе
Информация о публикации
Графический аннотация. Автор: ACS Applied Materials and Interfaces (2026). DOI: 10.1021/acsami.6c09421
Тяньран Лю и др., Аддитивное производство электродов PEDOT:PSS на коллагеновых подложках для мягкой и биоактивной электроники, ACS Applied Materials & Interfaces (2026). DOI: 10.1021/acsami.6c09421