《Materials Today》綜述：直寫式三維打印生物電子

來源：高分子科技

近年來，對于個性化健康監(jiān)測、遠程疾病管理以及實時生理數據收集的需求日益增加，促進了可穿戴以及植入式相關的生物電子的快速發(fā)展。通過采用先進的加工制造方案，可以實現新型材料與復雜結構的可控制備。其中，三維打印，也稱增材制造，作為一種新興的制造技術，為下一代生物電子發(fā)展帶來了更多的可能性。

為了更為全面的展示現階段三維打印生物電子的最新發(fā)展，加州理工學院高偉教授課題組針對直寫式三維打印方案，聚焦于該領域中快速發(fā)展迭代的方法、材料以及應用，展示了通過三維打印制造的各種生物電子器件，包括可穿戴生物傳感器-聚焦于物理信號、化學信號以及電生理信號的采集、可穿戴能量器件-能量采集設備和能量存儲設備、多模態(tài)集成化微系統(tǒng)、可植入電子設備-生理信號監(jiān)測和可控電刺激、以及軟體機器人等，并進一步討論了直寫式三維打印生物電子在個性化醫(yī)療健康領域所面臨的挑戰(zhàn)及應用前景。該綜述以題為“Direct-ink-writing 3D-printed bioelectronics”，發(fā)表在雜志Materials Today，并受到雜志亮點報道。

圖1. 直寫式三維打印概述

圖2. 用于直寫式三維打印生物電子的功能化材料

圖3. 基于三維打印的可穿戴多模態(tài)生物電子系統(tǒng)

圖4. 基于三維打印的可植入生物電子器件

該領域下一階段的發(fā)展趨勢將是構建系統(tǒng)級全兼容的三維打印集成系統(tǒng)，通過進一步簡化加工工藝以整合更多設備，實現大規(guī)模批量化生產和商業(yè)化運營的最終目標。因此，一方面需要加強定制化多功能油墨材料的研究以開發(fā)可擴展的設計結構，并完善打印前后過程中材料的兼容性，另一方面要確保三維打印生物電子的可重復性，已滿足臨床應用轉化的要求，這也取決于定制化油墨制備存儲過程中的一致性和穩(wěn)定性。

顯然，三維打印在生物醫(yī)學工程領域展現出了令人興奮的機遇，通過新油墨的拓寬來增強器件的功能，并通過可控的高精度、多噴嘴打印方式，構建更為復雜的多模態(tài)集成系統(tǒng)。最終，具有高靈敏度理化傳感功能的面向皮膚界面的可穿戴生物傳感器能夠實時監(jiān)測各類生物標志物，以實現持續(xù)非侵入的健康監(jiān)測，配合可穿戴能量采集和存儲模塊實現長時間穩(wěn)定可靠工作，最終將采集得到的信息與機器學習算法和數據分析相結合，實現健康狀況的個性化預測，并提供更為高效準確的遠程醫(yī)療干預。

該綜述第一作者為加州理工學院博士后Roland Tay與宋宇，通訊作者為加州理工學院醫(yī)學工程系助理教授高偉。


原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2023.09.006