Исследователи печатают клеточные биосенсоры с использованием чернил графена

Биосенсоры на основе клеток способны воспроизводить влияние различных веществ (например, лекарств) на организм человека в лаборатории. Тем не менее, исходя из принципа измерения, очень важно производить эти биосенсоры.

Следовательно, они в основном не применяются. Сложный процесс производства и дорогостоящий электродный материал являются факторами затрат для датчиков, которые проводят электрические измерения. В настоящее время исследователи Фраунгофера – это просто и недорогое изготовление биосенсоров с графеновыми электродами в процессе печати рулоном. Уже существует прототип системы для крупномасштабного производства.

Бесконечная пленка с печатными биосенсорами: Fraunhofer разработал удобный процесс прокатки в рулон. (Image credit: Fraunhofer IBMT)

Биосенсоры на основе клеток оценивают изменения в культурах клеток посредством электрических сигналов. Они выполняют это через электроды, установленные внутри чашки Петри или лунки хорошо известной пластины. Например, в случае добавления вирусов, разрушающих сплошной слой клеток на электродах, наблюдается снижение электрического сопротивления, оцененного между электродами.

Таким образом, воздействие лекарств или вакцин, например, может быть исследовано: эффективность активного ингредиента обратно пропорциональна количеству клеток, разрушенных вирусами, а также измеренному изменению сопротивления. Кроме того, исследования токсичности (например, на косметических продуктах) могут работать на основе одного и того же принципа и могут быть заменены в будущих экспериментах на животных. Еще одно преимущество заключается в том, что если биосенсоры подключены к блоку оценки, оценки могут выполняться автоматическим и непрерывным образом.

Проводящий, биосовместимый, для печати

Однако биосенсоры являются очень дорогостоящими и сложными для производства, потому что электроды образованы из электропроводящего и биосовместимого материала, такого как платина или золото. Изготовление микроэлектродов связано с сложным литографическим процессом.

Вот результат: в целом лаборатории не покупают эти биосенсоры из-за их более высоких затрат, и исследование клеточных культур продолжает проводиться вручную под микроскопом. Однако в настоящее время графен можно использовать в качестве материала для электродов вместо ценных металлов. Преимущества графена в том, что он является биосовместимым, электропроводным и может быть напечатан на поверхностях, если в чернильной форме.

Исследователи из Института биомедицинской инженерии им. Фраунгофера IBMT в Санкт-Ингберт в регионе Саарланда Германии использовали аналогичные чернила графена. В сотрудничестве с отраслевыми партнерами в проекте «Биография» M-era.Net, финансируемом Федеральным министерством образования и исследований Германии (BMBF), они разработали процесс печати, который позволяет производить крупные биографы графена в большом количестве, эффективный процесс прокатки в рулон.

« Наш прототип системы может печатать около 400 биодатчиков в минуту на сплошной фольге », – заявил д-р Томас Велтен, руководитель отдела биомедицинских микросистем IBMT и руководитель проекта BIOGRAPHY, исследование развития. Партнерами были предложены печатные краски и печатное оборудование, а процесс печати был разработан исследователями в IBMT.

В частности, очень важно настроить такие параметры, как вязкость чернил, скорость печати, давление дозатора лезвия – лезвие врача вытирает избыток чернил и глубину бункера для печати, так что печатные структуры соответствуют номинальные размеры.

Томас Велтен

Междисциплинарная группа инженеров и биологов из IBMT также синтезировала белковые чернила, которые могут быть непосредственно напечатаны на электродах рядом с графеном. Велтен заявил, что « Только благодаря белкам клетки прилипают достаточно хорошо к электродной фольге ».

Это сложный процесс, так как поверхностные энергии чернил и фольги должны быть согласованы друг с другом, так что чернила транспортируются из печатного цилиндра в фольгу оптимальным образом. Особенно важным является сушка печатных структур, поскольку белки не обладают устойчивостью, чтобы выдерживать высокие температуры или растворители. Только подходящая смесь метода сушки и ингредиентов чернил гарантирует, что чернила быстро высохнут.

Практические исследования печатных биодатчиков будут выполнены после успешного создания прототипа. По словам менеджера проекта Velten, « Мы ожидаем возможности предложить отрасли универсальную технологическую платформу не позднее года ».

Source link