石墨烯生物传感器的简易印刷

石墨烯生物传感器的简易印刷

基于细胞的生物传感器可以模拟实验室中各种物质(如药物)对人体的影响。不过,根据测量原理,生产它们可能很贵。因此,它们常常不被使用。电测量传感器的成本因素是昂贵的电极材料和复杂的生产。夫琅夫夫的科学家们现在正在生产石墨烯电极的生物传感器,成本低廉,而且简单地滚到滚印刷。大规模生产的系统原型已经存在。

基于细胞的生物传感器通过电信号测量细胞培养物的变化。这是通过电极安装在培养皿或所谓的威尔斯板中完成的。例如,如果增加的病毒破坏了电极上连续的细胞层,那么电极之间的电阻就减小了。这样,疫苗或药物的效果(例如)可以被测试:活性成分越有效,被病毒破坏的细胞数量越少,测量的电阻变化也就越小。同样的毒性试验,如化妆品,可以根据同样的原理发挥作用,并可能在将来取代动物实验。另一个优点:如果生物传感器与评估单元相连,测量可以是连续的和自动化的。

导电的,生物相容的,可印刷的

所述生物传感器的制备是昂贵而复杂的,尽管:电极是由生物相容性和导电材料制成的,如金或铂。微电极的制造需要复杂的光刻工艺。结果:由于成本高,实验室通常不购买这些生物传感器,并且在显微镜下继续进行细胞培养的检查。然而,作为贵重金属的替代品,石墨烯现在可以用作电极材料。碳材料的优点:它是导电的,生物相容的,如果以墨水的形式,可以在表面上印刷。

在夫琅禾费在德国的萨尔兰州地区St. Ingbert生物医学工程研究所的科学家们利用了IBMT的石墨烯墨水。一起在m-era.net项目传行业的合作伙伴,这是由德国联邦教育与研究部(BMBF)资助,他们已经开发出一种印刷工艺,这使得它有可能产生大量的石墨烯传感器具有成本效益的卷到卷的过程。”我们的原型系统可以在一个连续的铝箔印刷大约400个传感器每分钟,”Thomas Velten博士,对生物医学微系统部传记IBMT项目经理的头上,在描述的开发工作的结果说。而印刷设备和石墨烯墨水所涉及的合作伙伴提供,在IBMT的科学家注意的印刷工艺的设计。”特别是,它是调整油墨粘度参数等,重要的印刷速度,刮刀压力–刮刀去除多余的墨水–和井深的印刷滚筒,印刷结构对应的公称尺寸,”Velten解释道。从IBMT的生物学家和工程师的一个跨学科的团队还开发了一种蛋白质的墨水,是直接打印到电极后的石墨烯。Velten:“这仅仅是因为,细胞粘附以及足够的电极箔的蛋白质”。一个复杂的过程:铝箔和油墨的表面能量必须相互适应,这样才能使油墨从印刷滚筒转移到铝箔上。特别关键的是印刷结构的干燥,因为蛋白质不能耐受溶剂或高温。只有正确的油墨成分和干燥方法的混合,才能保证墨水干得足够快。

在样机成功建成后,将对印刷生物传感器进行实际测试。项目经理Velten:“我们希望能够提供业界在不迟于一年的一个通用的技术平台”。

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