3D 打印 PILC墨水—生物电子学改造的强力引擎

  在生物医学与电子科技融合的前沿范畴，一项具有划时代含义的立异效果正引领着3D生物电子科技类产品制造的新潮流。研讨团队成功开宣布一种高导电性、3D可打印且生物兼容的PEDOT:PSS离子液体胶体（PILC），为快速按需制造3D生物电子器件供给了史无前例的或许性。

  PEDOT:PSS（聚3,4-乙二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸盐）作为一种导电聚合物，已在电子皮肤、脑机接口等范畴展示出巨大潜力。但是，传统的制备和加工办法约束了其在杂乱三维结构中的使用，尤其是面临着绵长的后处理时刻、高纵横比打印的应战以及导电性缺乏等问题。针对这一些难题，研讨团队经过立异的技能办法，将PEDOT:PSS与离子液体结合，构成了一种新式胶体资料——PILC。

  PILC墨水不只坚持了PEDOT:PSS的高导电性（约286 S/cm），还具有了超卓的3D打印功能和生物相容性。其粘塑性特质赋予了它强壮的3D打印才能，能够轻轻松松完成高纵横比的笔直堆积，打印出精密至约50微米的高分辨率结构，乃至创造出令人瞩目的悬浮结构。这一特性使得PILC墨水能够全方位打印3D电路板，在空中精准打印悬浮互连线，轻松构建起杂乱的电路衔接系统。

  图 1：用于 3D 打印生物电子设备的 PEDOT:PSS 离子液体胶体（PILC）墨水及其优异的结构完整性

  从左边示意图可明晰知晓 PILC 墨水的构成要素及相关，各部分协同赋予其共同功能。右侧扫描电镜图画则精准出现了墨水微观形状与结构细节。比照可知，传统 PEDOT:PSS 离子液体复合资料（图 1c）存在限制，而 PILC 墨水（图 1b）因离子液体含量低完成杰出结构完整性。这在 3D 打印中含义严重，能保持安稳形状，为制造杂乱精巧 3D 结构筑牢根基，拓宽规划制造空间。一起，PILC 墨水导电性与打印分辨率体现杰出（图 1e）。比较以往 3D 可打印 PEDOT:PSS 墨水，其导电性为电气功能护航，高分辨率可精准出现纤细结构，二者协同促进生物电子设备制造技能开展，利于高效精准构建杂乱优异的设备。

  这张图聚集于 PILC 墨水完成高分辨率和高纵横比 3D 打印的要害——离子液体促进的氢键效果。（图 2a）展示离子液体好像“催化剂”，促进 PEDOT:PSS 胶体颗粒严密相连构成 PILC 墨水。FT - IR 光谱（图 2b）中，跟着枯燥时刻添加，–OH 振荡峰向低波数移动，标明氢键网络逐步增大，好像加固的“网”安稳墨水结构。比照 PILC 墨水与传统 PEDOT:PSS 离子液体复合资料的粘度（图 2c）和剪切应力（图 2d），PILC 墨水体现杰出，高粘度与共同流变特性使其在低剪切速率下保持形状，这对打印高分辨率（约 50μm，见图 2e 高分辨率打印图画）、高纵横比结构极为要害。多层费里斯轮结构的图画（图 2f - g）及多层结构打印图画（图 2h），生动出现了 PILC 墨水构建杂乱多层结构的强壮才能，宛如技艺高超的工匠打造精巧著作。

  生物兼容性是生物医学使用的中心要害，图 3 展示了 PILC 墨水经过离心去除离子液体取得超卓生物兼容性的进程。离心去除示意图（图 3a）显现这一“净化之旅”有用别离细胞毒性离子液体成分。从 PILC 电极和 PEDOT:PSS 离子液体复合资料中 EMIM:TCB 要害元素（硼和氮）的扫描电子显微镜 - 能谱（SEM - EDS）图谱（图 3b、c）可知，PILC 电极中硼和氮原子含量明显削减，标明细胞毒性成分被有用去除。体外 MTT 检测细胞生机比照（图 3d）显现 PILC 电极细胞毒性较原始资料下降，与对照组类似，LIVE/DEAD 细胞生机检测图画（图 3d）直观证明其高细胞生机。且跟着离心进程重复，细胞生机进一步改进（弥补图 13），充分说明经离心处理的 PILC 墨水安全可靠，适用于生物电子设备制造，为健康监测与医治供给保证。

  图 4 出现了 PILC 墨水在 3D 电路全方位打印的奇特才能。示意图（图 4a）明晰展示其用于全方位打印导电互连的原理，敞开通往未来电子国际大门，使杂乱 3D 电路构建成为或许。打印的 PILC 墨水 3D 电路大型悬垂结构的顶部视图（图 4b）和旁边面视图（c）图画震撼人心，悬垂结构如空中扩展的“手臂”，显示其打印应战性结构的超强实力。优化后的 PILC 墨水剪切应力（图 4d）和贮存模量（图 4e）是全方位打印的要害，适宜的参数使其能在各方向顺畅打印，似训练有素的舞者自在起舞。与之前的 PEDOT:PSS 墨水比较，PILC 墨水贮存模量更优（图 4f），且其高导电性可作 LED 互连线i）的图画酷炫无比，带咱们步入充溢科技感的未来国际。

  在生物电子器件范畴，PILC墨水的使用远景宽广。研讨团队现已使用该资料成功制备了近场通讯（NFC）芯片，完成了在生物皮肤隔绝的条件下与手机端进行无线信号传输以及电信号的转化。此外，PILC墨水打印出的电极与生物安排机械功能高度匹配，可作为柔软的电极与安排无缝对接，无论是大面积皮肤电子纹身的制造，仍是在健康监测中展示出的低界面阻抗特性，都为个性化医疗监测供给了或许。

  尤为值得一提的是，PILC墨水在可植入生物电子设备方面的体现相同令人瞩目。其超卓的机械安稳性和耐湿功能，使其能够在体内环境中安稳运转。无论是光遗传学ECoG记载，仍是低电压坐骨神经影响，PILC墨水都能精准高效地达到方针。在小鼠体内模型试验中，PILC墨水展示出了令人信服的效果，为可植入式无线生物电子器件的制备与开发供给了新的思路。

  在此布景下，CELLINK的BIO X6生物打印机成为了完成这一技能打破的得力助手。

  作为市场上最灵敏的六打印头生物打印渠道，BIO X6具有强壮的打印才能和广泛的资料兼容性。其内置的电脑和触控操作系统使得打印进程变得简略方便，而大功率双电扇和HEPA H14顶部双过滤器则保证了打印室内的空气洁净度，为生物资料的打印供给了安全可靠的环境。此外，BIO X6还装备了UV-C灭菌灯，能够对打印室做消毒，进一步保证了打印进程的无菌性。

  综上所述，3D打印高导电PEDOT:PSS离子液体胶体的成功开发，不只处理了传统PEDOT:PSS资料在3D打印中的难题，还为快速定制3D生物电子器件供给了新的途径。而CELLINK的BIO X6生物打印机则以其强壮的打印才能和广泛的资料兼容性，成为了完成这一技能打破的得力东西。

  未来，随技能的渐渐的提高和使用范畴的不断拓宽，3D打印生物电子器件将成为生物医学范畴的重要开展趋势，有望在疾病医治、健康监测以及神经科学研讨等很多范畴拓荒全新的开展途径，推进生物电子学相关工业的迅猛开展。