Исследователи разработали графеновые чернила для электроники и биомедицины

Пусть сейчас настольные 3D-принтеры ограничены возможностями пластикового волокна, эксперты надеются и верят, что на свете существует немало интересных материалов с разными свойствами, из которых могут получиться самые невероятные вещи. В первую очередь на ум приходят смола и металлы, но ведь есть еще и графен, и это поистине Святой Грааль для производства. Не так давно команда лондонских инженеров провела ряд успешных экспериментов по печати графеном. А теперь еще приятные новости от исследователей Северо-Западного университета (штат Иллинойс, США). Дело в том, что им удалось создать уникальные графеновые чернила, которые могут стать отличным материалом для 3D-печати и найти применение в сфере производства и медицины.Графен – это модификация углерода, из которого также состоят бриллианты и карандашные грифели. Однако в отличие от большинства других форм углерода графен – это двумерный материал, который представлен в виде гексагональной двумерной решетки толщиной в один атом. Это означает, что ему можно придавать практически любую форму. Отдельное внимание стоит уделить его необычным свойствам. Он очень легкий, гибкий и обладает чрезвычайно высокой износостойкостью (он в сто раз крепче стали). Также это великолепный проводник тепла и электричества. Но что самое интересное, он совместим с клеточной тканью человека. Не нужно быть гением, что осознать, сколько применений можно найти такому удивительному материалу (который до 2004 года существовал лишь в теории).

Итак, исследователям Северо-Западного университета удалось напечатать (путем экструзии) электропроводящие эластичные биосовместимые подложки самых разных форм и размеров. Тесты показали, что диаметр подложек из графена может варьироваться от 100 до 1000 нм.Это уникальное открытие было совершено доцентом науки и инженерии материалов Рамиль Н. Шах и доцентом хирургии Симпсоном Куэрри, оба они работают в Институте бионанотехнологий при Северо-Западном университете.

Вместе с командой выпускников они создали вещество с высоким содержанием графена, подходящее для 3D-печати. Эксперименты проводились на 3D-биопринтере BioPlotter компании EnvisionTEC. «Прежде из графена уже пытались сделать материалы для 3D-печати, но в большинстве случаев его содержание не превышало 20% общего объема вещества. В результате электрические свойства становились значительно ниже», – говорят исследователи.

Как объясняют исследователи в статье, опубликованной в онлайн издательстве ACS Nano («Трехмерная печать подложек с высоким содержанием графена для применения в сфере электроники и биомедицины»), это «волокно» главным образом состоит из графена (около 60%). И хотя сам графен твердый и хрупкий, материал из него получился очень пластичным и пригодным для 3D-печати. Этого удалось добиться за счет внедрения биосовместимого связующего эластомера под названием PLG.Со слов Шах, толчком к этой работе послужила высокая потребность в более современных медицинских биоматериалах (особенно для регенерации нервной ткани), производство которых не потребует больших временных или денежных затрат. Графеновые чернила полностью подходят под это определение. Если кратко, они получаются в результате соединения эластомеров и дисперсии графенового порошка. После смешения готовый раствор густеет и уменьшается в объеме. Теоретически его можно развести в любом количестве, что и требуется в медицинской сфере.

Тесты показали, что эти чернила хорошо совместимы с живой человеческой тканью, а потому найдут применение в хирургии. Особенно интересны результаты по графеновым структурам, используемым в стволовых клетках, которые должны стать нервными клетками. «В ходе экспериментов мы обнаружили способность 3D-печатных подложек побуждать взрослые мезенхимальные стволовые клетки к превращению в нервные клетки без каких-либо факторов роста или внешних стимулов, – говорит Шах. – Это важное открытие, которое можно эффективно использовать в регенеративной медицине».Эти революционные чернила для 3D-печати могут открыть двери для регенерации поврежденных или нефункционирующих тканей, в том числе нервной, костной и даже сердечной. Поскольку на их производство не требуется много денег и сил, они могут стать просто бесценными для врачей. И речь здесь идет не только о стандартных вариантах применения, которые сразу приходят на ум, но и об имплантируемых биосенсорах и различных электрических устройствах. Похоже, что очередная революция в мире 3D-печати уже не за горами.