Kỹ sư đã tạo ra một thiết bị cho phép đặt các linh kiện điện tử lên mô sống và cấy ghép y tế mà không gây hại.

Cách mới in điện tử trực tiếp lên mô sống

Các kỹ sư từ Đại học Rice đã tạo ra một thiết bị “đốt” mực dẫn điện ngay trên vải, xương hoặc cấy ghép phẫu thuật mà không làm hỏng bề mặt của chúng. Điều này trở nên có thể nhờ vào hệ thống Meta✴‑NFS – cấu trúc trường gần, lấy cảm hứng từ vật liệu siêu vật.

Cách hoạt động của Meta✴‑NFS
Phần tửChức năngRăng kẽm vòng cắtBắt và tăng cường năng lượng sóng vi baKhuôn dạng nónThu nhỏ sóng được khuếch đại xuống vùng dưới 200 µm (0,008 inch).Trung gian grapheneHấp thụ tới 50% năng lượng, cho phép làm nóng điểm của vật liệu.
Kết quả là mực đạt nhiệt độ trên 160 °C trong khi bề mặt xung quanh vẫn lạnh.

Điểm khác biệt so với các phương pháp truyền thống
* Làm nóng điểm – công nghệ in thường (lò, laser) làm nóng toàn bộ vùng, phá hủy mô và vật liệu y tế.

* Đốt bằng ánh sáng yêu cầu bước sóng nghiêm ngặt, loại trừ phần lớn vật liệu sinh học.

Meta✴‑NFS sử dụng năng lượng vi ba 79,5% (so với 8,5% của các con thăm tiêu chuẩn), tập trung năng lượng vào một thể tích rất nhỏ. Điều này cho phép thay đổi cấu trúc tinh thể của hạt bạc “trong lúc thực hiện”, làm thay đổi điện trở riêng hơn ba thứ tự – từ gần dẫn tới cách ly.

Thí nghiệm trình diễn
Vật liệuĐã inKết quảCây tươi láMô hình vi mô dẫn điệnIn thành công mà không bị hư hỏngNhựa, silicone, giấyCấu trúc tương tựNóng chỉ vùng mục tiêuXương bò (đùi)Thiết bị cảm biến dạng dẻoGhi nhận các sai lệch cơ học nhỏ
Cảm biến trong vỏ silicone duy trì độ dẫn hơn 300 giây dưới nước, trong khi vật liệu không bảo vệ bị phá hủy sau 2,5 giây.

Ứng dụng thực tiễn
* Cấy ghép chỉnh hình – đã in sẵn cảm biến không dây trên polyethylen siêu phân tử (vật liệu của hầu hết các khớp gối và hông nhân tạo). Chúng theo dõi mòn và căng thẳng trong thời gian thực mà không can thiệp vào cấu trúc cấy ghép.

* Hướng tương lai: thiết bị chẩn đoán nuốt được, kết nối trực tiếp điện tử với cơ quan, robot có in điện tử tích hợp.

Nhận xét của trưởng dự án
> “Khả năng làm nóng chọn lọc vật liệu in cho phép đặt các tính chất chức năng tại những điểm cần thiết ngay trong môi trường chứa vật liệu nhiệt nhạy,” – chú thích giáo sư trẻ của Trường Kỹ thuật và Khoa học Tính toán Đại học Rice, Yoon Linh Kon.

> “Điều này mở đường để lắp đặt điện tử cấu hình tùy ý trên các polymer sinh học và mô sống bằng máy in bàn mà không cần điều kiện sản xuất phức tạp hay thao tác thủ công nặng nhọc.”

Do đó, Meta✴‑NFS là một đột phá trong lĩnh vực điện tử in cho ứng dụng y tế và sinh học, cho phép tạo ra các thiết bị chính xác cao, an toàn và linh hoạt ngay trên vật liệu sống.