Нам, вероятно, следовало это предвидеть: в прошлом мы часто читали о 3D-печатной электронике, 2D-печатных проводящих чернилах на 3D-печатных поверхностях, 3D-печатных встроенных чипах, которые привели к повсеместно распространенным концепциям, таким как носимые устройства. электроника, Интернет вещей и умные/подключенные объекты. Однако в последнее время все чаще наука движется быстрее, чем фантастика. Мы никогда еще не представляли себе того, что группа ученых из отдела биомедицинской инженерии Медицинской школы Университета Цинхуа в Пекине сочла вполне очевидным и уже продемонстрировала экспериментально: выполнимость инъекционных 3D-электродов работает лучше, чем носимых.
То, как этот процесс работает, в некотором смысле больше похоже на 3Doodler, чем на настоящий 3D-принтер. Группа ученых во главе с соответствующим автором исследования Джин Лю нашла «альтернативный способ создания трехмерной (3D) медицинской электроники внутри биологического тела посредством последовательных инъекций биосовместимого упаковочного материала и жидких металлических чернил». Это означает, что они вводили в тело своего рода гель, который работает как оболочка, создавая изолированный карман под кожей. Затем они поместили проводящий жидкий металл (GalnSn, сплав галлия) в гель и обнаружили, что могут создать трехмерный электрод, который работает как высокоэффективный ЭКГ (электрокардиограф), так и как электрод-стимулятор.
Прежде чем списывать это на безумие китайской науки и представлять себе мир людей, отслеживаемых правительством (в худшем случае) или общающихся телепатически (в лучшем случае), давайте взглянем на наиболее реалистичные Приложения. Это будут медицинские приборы. Это означает, что людям, которые будут их использовать, они, вероятно, понадобятся для спасения их жизней путем постоянного наблюдения за их здоровьем и показателями жизнедеятельности или даже для немедленного лечения опасных для жизни состояний.
Кардиостимуляторы, дефибрилляторы, кохлеарные имплантаты, системы мониторинга и доставки лекарств - все это электронные устройства, которые способствуют эффективному лечению таких заболеваний и состояний, как болезнь Паркинсона, нарушения слуха, диабет или сердечная аритмия. Многие из этих имплантируемых медицинских устройств (IMD) хирургическим путем вводятся в тело пациента (поэтому, видите ли, во внутренней электронике нет ничего нового), вызывая крайний дискомфорт, сложное техническое обслуживание и высокие затраты для пациентов.
Инъекционные 3D-изготовленные системы призваны решить все эти проблемы благодаря недавно обнаруженным свойствам и достоинствам печатной и изготовленной электроники на основе жидкого металла: низкие температуры плавления для легкого формования, хорошо контролируемая смачиваемость и высокая электропроводность. Используя жидкий сплав галлия, ученые смогли создать - как в пробирке, так и в естественных условиях (опять же ничего нового: испытания на живых животных являются обязательными в Китае) - и электрическую проводную сеть, электронный компонент в форме узла и трехмерную треугольную электронную рамку. составная часть. Введя металл в его мягкую желатиновую оболочку внутри тела, ученые обнаружили, что он не вызывает никаких травм и практически не вызывает дискомфорта у хозяина.
Чтобы проверить эффективность своей системы, команда Цзинь Лю сначала использовала свиную ткань для экспериментов in vitro и использовала шприцевую иглу диаметром 1 мм для формирования формы электрода внутри желатина, изготовив электрод с жидкими чернилами на основе GalnSn. того же диаметра: это продемонстрировало, что инъекционная электроника может быть хорошей средой для введения желаемой стимуляции в биологическую ткань. Для проверки рабочего поведения введенного электрода использовали живую мышь и живую лягушку (с одобрения Комитета по этике Университета).
Электрод, изготовленный в 3D, был вставлен мышам на левой стороне грудной клетки, рядом с верхней конечностью, через настолько маленькую рану, что ее можно считать незначительной. Однако электрод давал чрезвычайно точные показания ЭКГ, намного превосходящие по точности обычный внешний датчик ЭКГ. Эксперимент на лягушке использовался для проверки способности введенного электрода передавать сигналы к нервам, в частности к седалищному нерву лягушки, и снова с отличными результатами.
Итак, скоро в наши тела будут введены всевозможные датчики, акселерометры, чипы и провода, чтобы сохранить нам жизнь (и, возможно, превратить нас в армию злых киборгов одним нажатием кнопки? ?). Наверное, не в ближайшее время. В настоящее время желатиновая оболочка не дает достаточных гарантий для быстрого формирования и поддержания адекватной изоляции из-за существующего течения раствора внутри тканей живого животного или человека. Эти проблемы, однако, будут решены путем добавления ферментов в качестве отвердителей или альгината (вещества, которое также используется в молекулярной кулинарии) или даже путем использования новых материалов на основе геля.
Сложность устройств, которые можно будет имплантировать, будет зависеть от управления смещением инжектора и скоростью впрыска (читай: 3D-принтеры и биопринтеры): в настоящее время фактически отливка электрода все делается путем управления шприцем вручную. Какой бы продвинутой ни была теория, стоящая за ней, это всего лишь инструмент для начинающих, чтобы познакомить вас с технологией, которая, если оставить в стороне теории заговора, может вскоре действительно улучшить жизнь многих людей.