供稿人：陳文瑜、高琳 供稿單位：西安交通大學精密微納制造技術全國重點實驗室 發(fā)布日期：2024-09-10
導電電極與3D骨骼肌組織模型的集成可以在生物電子學、藥物篩選和可植入設備中具有巨大的應用潛力。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。
為解決這一問題，伊利諾伊香檳大學的研究團隊提出了一種使用PEGDA支撐層的生物相容性CVD石墨烯轉移方法。研究者們在銅箔上通過化學氣相沉積（CVD）生長的石墨烯上，使用光引發(fā)劑，通過旋涂和UV曝光使PEGDA支撐層聚合。在將覆蓋有PEGDA的石墨烯翻轉，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銅箔進行蝕刻。使用CAD軟件設計三維支柱，并通過SLA設備對支柱進行3D打印。將石墨烯/PEGDA片轉移到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)轉移到3D打印的PEGDA柱上
接下來，研究者用轉移的石墨烯電極對肌肉環(huán)施加電刺激。當施加10 V和20 V脈沖時，柔性支柱分別產生分別為3.9 ± 1.0 μm（10 V）和8.2 ± 1.3 μm（20 V）。進一步實驗表明，肌肉收縮引起的柔性支柱位移的幅度與頻率，和通過石墨烯電極進行電刺激的電壓與頻率成比例。
圖2 通過石墨烯電極對肌肉環(huán)進行電刺激
這項研究提出的石墨烯集成方法可以用于多種三維的生物機械融合機器人模型，并證明了通過石墨烯集成電極對生物機械融合機器人進行精確控制的可行性。