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导读
近日，德国慕尼黑工业大学（TUM）的一支科研团队成功地将电极直接打印到几种柔性基底上，例如小熊软糖。
背景
微电极，可用于直接测量大脑或心脏中的电信号。然而，这些应用需要柔性材料。但是，通过现有的方法将电极粘贴到这些柔性材料上，非常具有挑战性。
（图片来源：阿卜杜拉国王科技大学）
创新
近日，德国慕尼黑工业大学（TUM）的一支科研团队成功地将电极直接打印到几种柔性基底上。慕尼黑工业大学和于利希研究中心的研究人员展开合作，成功地在小熊软糖上进行喷墨打印。一开始听上去可能像是科学家们在玩耍，但是实际上它为医疗诊断方面的重大转变指明了一条道路。
（图片来源: N. Adly / TUM）
技术
首先，Bernhard Wolfrum 教授的团队并不是将图案或者商标打印到软糖上，而是一个微电极阵列。这些元件由大量的电极组成。例如，这些电极能够检测神经元或者肌肉细胞活动引起的电压变化。
其次，当在活细胞中使用微电极阵列时，小熊软糖具有一种重要的特性：柔软。微电极阵列已经存在很长一段时间了。它们的初始形式是由硬质材料例如硅组成。当它们与活细胞接触时，会带来一些缺点。例如，在实验中，它们的硬度会影响细胞的形状和组织。而且，在身体内，硬质材料可以引发感染或器官功能的丧失。
当将电极放置在柔性材料上时，这些问题将得以避免。这种类型的解决方案引发了密集的研究。到目前为止，大多数方案采用传统的方法，不仅会耗费大量时间，还需要昂贵的专业实验器材。
TUM 纳米电子学教授 Bernhard Wolfrum 表示：“如果你用打印电极的方法来替代传统方法，那么就可以相对快速且便宜地生产电极。如果你需要重做时，同样也适用。这种快速成形使我们能以全新的方式工作。”
Wolfrum 和他的而团队采用了高科技版的喷墨打印机。电极本身是通过碳基油墨来打印的。为了防止传感器采集杂散信号，在碳基油墨的路径上会添加一层中性保护层。
（图片来源: 参考资料【2】）
研究人员在各种基底上测试这一工艺，包括：聚二甲基硅氧烷（PDMS），硅的一种柔软形式；琼脂糖，生物实验中常用的物质；各种形式的明胶，包括首先融化然后再变硬的小熊软糖。这些材料中的每一种都适合特定的应用。例如，涂有明胶的植入物可以减少活组织中不合需要的反应。
（图片来源: 参考资料【2】）
通过细胞培养实验，团队确认传感器可以提供可靠的测量。他们也可以测量单个细胞或者几个细胞，平均宽度为30微米，而通过现有的印刷技术难以实现这种测量。
论文第一作者 Nouran Adly 表示：“难度在于所有组件的微调，包括打印机的技术组装以及油墨的成分。例如，拿PDMS来说，我们必须使用我们开发的预处理技术，让油墨附着于物体表面。”
价值
柔性材料上印刷的微电极阵列，可应用于许多不同领域。它们不仅适用于研究中的快速成形，也可以改变患者的治疗方法。
Wolfrum 教授表示：“未来，例如，相似的柔性结构可用于监测神经或者心脏功能，或者甚至作为起搏器使用。”
目前，他与他的团队正致力于打印更多复杂的三维电极阵列。他们也在研究印刷型传感器，能够选择性地与化学物质产生化学反应，不仅仅是监测电压波动。
关键字
电极、印刷电子、传感器、医疗
参考资料
【1】https://www.tum.de/nc/en/about-tum/news/press-releases/detail/article/34758/
【2】N. Adly, S. Weidlich, S. Seyock, F. Brings, A.Yakushenko, A. Offenhusser, B. Wolfrum. "Printed Microelectrode Arrays on Soft Materials: From PDMS to Hydrogels." Npj Flexible Electronics2:1 (2018). DOI:10.1038/s41528-018-0027-z.
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