供稿人：陳文瑜、高琳 供稿單位：西安交通大學(xué)精密微納制造技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2024-09-10
導(dǎo)電電極與3D骨骼肌組織模型的集成可以在生物電子學(xué)、藥物篩選和可植入設(shè)備中具有巨大的應(yīng)用潛力。由于常規(guī)電極不易集成在三維的生物相容性基底上，因此非常需要替代物。
為解決這一問(wèn)題，伊利諾伊香檳大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種使用PEGDA支撐層的生物相容性CVD石墨烯轉(zhuǎn)移方法。研究者們?cè)阢~箔上通過(guò)化學(xué)氣相沉積（CVD）生長(zhǎng)的石墨烯上，使用光引發(fā)劑，通過(guò)旋涂和UV曝光使PEGDA支撐層聚合。在將覆蓋有PEGDA的石墨烯翻轉(zhuǎn)，使石墨烯層朝上、PEGDA層位于底部后，使用氯化鐵基銅蝕刻液對(duì)銅箔進(jìn)行蝕刻。使用CAD軟件設(shè)計(jì)三維支柱，并通過(guò)SLA設(shè)備對(duì)支柱進(jìn)行3D打印。將石墨烯/PEGDA片轉(zhuǎn)移到3D打印的支柱上后，制備肌肉環(huán)并將其整合至與3D打印支柱整合的石墨烯上。
圖1 將石墨烯和肌肉環(huán)轉(zhuǎn)移到3D打印的PEGDA柱上
接下來(lái)，研究者用轉(zhuǎn)移的石墨烯電極對(duì)肌肉環(huán)施加電刺激。當(dāng)施加10 V和20 V脈沖時(shí)，柔性支柱分別產(chǎn)生分別為3.9 ± 1.0 μm（10 V）和8.2 ± 1.3 μm（20 V）。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，肌肉收縮引起的柔性支柱位移的幅度與頻率，和通過(guò)石墨烯電極進(jìn)行電刺激的電壓與頻率成比例。
圖2 通過(guò)石墨烯電極對(duì)肌肉環(huán)進(jìn)行電刺激
這項(xiàng)研究提出的石墨烯集成方法可以用于多種三維的生物機(jī)械融合機(jī)器人模型，并證明了通過(guò)石墨烯集成電極對(duì)生物機(jī)械融合機(jī)器人進(jìn)行精確控制的可行性。