3D打印“有机电子”

休斯顿大学卡伦工程学院生物医学工程副教授Mohammad Reza Abidian在展望微型有机电子学生产的未来时，看到了它们通过多光子3D打印机在柔性电子和生物电子学中的应用潜力。

他的研究小组的最新论文探讨了这项技术的可能性。题为《用于柔性电子电路、生物传感器和生物电子学3D打印的有机半导体器件多光子光刻技术》在线发表在了《Advanced Materials》杂志上。

在过去几年中，由于3D电子打印在纳米电子学和纳米光子学等新兴领域的潜在应用，其已成为一项很有前景的技术。在3D微加工技术中，多光子光刻技术（MPL）被认为是最先进的微加工方法，因为其具有真正的3D制造能力、出色的时空控制水平，以及主要由丙烯酸酯聚合物/单体或环氧基光刻胶组成的光敏材料的多功能性。

Abidian表示：“在我们的论文中，介绍了一种掺有有机半导体材料（OS）的新型光敏树脂，通过MPL工艺制造具有高质量结构特征的高导电3D微结构。”

他们的研究显示，该制造工艺可以在玻璃和柔性基板聚（二甲基硅氧烷）上进行。他们证明了，在树脂中加入低至0.5 wt%的OS，可显著提高印刷有机半导体复合聚合物的电导率10个数量级以上。

Abidian表示：“优异的导电性可归因于交联聚合物链中使用的OS，可沿聚合物链提供离子和电子传导途径。”

为了展示基于OS复合树脂的潜在电子应用，Abidian的团队制造了各种微电子设备，包括由各种电子元件一系列微电容器构成的微型印刷电路板。

基于MPL的有机半导体微器件3D生物打印在组织工程学、生物电子学和生物传感器等生物医学领域具有潜在的应用前景。Abidian的团队成功地将层粘连蛋白和葡萄糖氧化酶等生物活性分子注入OS复合微结构（OSCM）中。为了证实层粘连蛋白的生物活性在整个MPL过程中保持不变，将原代小鼠内皮细胞培养在OS复合微结构上。种植在含有层粘连蛋白的OSCM上的细胞显示出了粘附基质、增殖和提高存活率的证据。

Abidian表示：“我们还通过在实验表面上培养淋巴细胞，即脾T细胞和B细胞，并将其与对照表面进行比较，来评估OS复合结构的生物相容性。在培养7天后，OS复合聚合物没有诱导细胞死亡，与对照表面相比，细胞存活率约为94%。此外，我们还研究了OS复合聚合物对细胞活化的潜在影响。培养7天后，OS复合结构和对照表面之间淋巴细胞上活化标记物的表现没有显著差异。”

最后，Abidian提出了一种基于MPL的无掩模方法来制造生物电子和生物传感器。他们制造了一种类似于密歇根式神经电极的葡萄糖生物传感器。葡萄糖氧化酶是一种专门识别葡萄糖的酶，通过MPL工艺封装在固化的OS复合微电极中。该生物传感器提供了一个高灵敏度的葡萄糖传感平台，其灵敏度比之前的葡萄糖生物传感器高近10倍。此外，该生物传感器具有良好的特异性和高再现性。

“我们预计，所展示的MPL兼容OS复合树脂将为柔性生物电子学、生物传感器、纳米电子学、芯片上器官和免疫细胞治疗等新兴领域生产柔软、生物活性和导电的微结构铺平道路。” Abidian说道。