3D打印生物传感器可用于监测身体健康状况

纽约克拉克森大学的研究人员开发了一种定制的生物墨水，并部署到了一系列皮肤相容的3D打印生物传感器中。

新颖的墨水设计包括钛纳米颗粒，一旦暴露在紫外线辐射下，就会启动与彩色染料的光催化反应，使凝胶改变颜色。利用他们的新混合物，科学家们已经能够3D打印皮肤友好的生物传感器，使用户能够最大限度地减少过度暴露于太阳光线所造成的任何损害。

论文作者之一Silvana Andreescu说：＂我们决定探索3D生物打印的能力，以制造这些可穿戴戴的紫外线传感器，因为3D打印机已经变得便宜和容易获得。当传感器的钛被来自太阳的紫外线激活时，染料会反应并改变颜色。＂

紫外线问题的增材制造解决方案

根据美国癌症协会的数据，每年有170万美国人被诊断为皮肤癌，而仅在2020年，黑色素瘤就导致其中约6850名患者死亡。因此，监测人们所受到的紫外线水平是目前一个重要的研究领域，但这也是一个非常困难的领域，因为紫外线辐射的行为是间歇性的。

为了充分了解紫外线的空间和时间变化，克拉克森团队认为需要一种快速和低成本的检测技术。有几种方法认为是可行的，如3D打印和注射成型，但研究人员选择了3D打印，因为它的成本较低，可定制且容易获得。

更重要的是，生物打印正越来越多地被用于创建具有生物功能的组织结构，成为生产团队的紫外线激活生物传感器的理想选择。然而，在选择了生产方法后，团队还发现需要一种新的生物相容性油墨，以实现所需的持续安全皮肤接触。

△传感器的钛粒子如何对紫外线照射做出反应的可视化表示，图片来自《应用材料与界面》杂志

克拉克森团队的生物墨水

为了使他们的生物传感器成为可能，科学家们首先要创造出一种由光活性二氧化钛（TiO2）纳米颗粒和多色染料组成的新型生物墨水，并分散在水凝胶中。此外，还加入了海藻酸盐和明胶，以赋予3D打印所需的粘度，以及凝胶状的质地，从而具有机械稳定性。

选择TiO2是因为它的光催化能力，能够通过一系列的还原－氧化链反应来分解有机材料。在这一机制中，一旦暴露在紫外线辐射下，团队试图启动传感器中的绿色、橙色和蓝色染料的分解。

在科学家们使用CAD软件优化了设备设计之后，他们利用Allevi 2 3D生物打印机制造了一系列基本原型，然后转入测试。为了评估3D打印设备的机械稳定性和均匀性，团队将沿五个不同的点进行纳米压痕测试。