來自紐約克拉克森大學(xué)的研究人員已經(jīng)開發(fā)了一種定制的生物墨水，并將其部署到了一系列與皮膚兼容的生物3D打印傳感器中。該團隊的新穎墨水設(shè)計包括鈦納米顆粒，該納米顆粒一旦暴露于紫外線下，就會與有色染料發(fā)生光催化反應(yīng)，從而使凝膠變色。利用他們的新混合物，科學(xué)家們能夠3D打印對皮膚友好的生物傳感器，從而使用戶能夠?qū)⒁驖撛谶^度暴露于太陽光線而造成的任何損害降至最低。

該論文的作者之一西爾瓦娜·安德列斯庫（Silvana Andreescu）表示：“由于3D打印機已經(jīng)變得便宜且易于使用，我們決定探索生物3D打印制造這些可穿戴的紫外線響應(yīng)傳感器的能力。當(dāng)[傳感器的]鈦被太陽光等紫外線激活時，染料會降解并改變顏色，表明已暴露。”

克拉克森團隊的新型生物墨水使他們能夠制造一系列對紫外線敏感的生物傳感器。

照片通過“應(yīng)用材料和界面”期刊獲得。

解決紫外線問題的3D打印技術(shù)

根據(jù)美國癌癥協(xié)會的數(shù)據(jù)，每年有170萬美國人被診斷出患有皮膚癌，僅到2020年，黑色素瘤就將殺死約6,850例此類患者。因此，監(jiān)視人們暴露于紫外線下的水平現(xiàn)在是一個重要的研究領(lǐng)域，但這也是一個非常困難的領(lǐng)域，因為紫外線的行為是間歇性的。

為了充分了解紫外線的時空變化，克拉克森團隊確定了對快速低成本的檢測技術(shù)的需求。 3D打印和注塑成型等幾種方法被認為是可行的，但研究人員之所以選擇前者，是因為其成本較低，可定制選項和總體可訪問性。此外，生物打印技術(shù)正越來越多地用于創(chuàng)建具有生物學(xué)功能的組織構(gòu)造，使其成為生產(chǎn)該團隊的紫外線激活生物傳感器的理想選擇。但是，在選擇了理想的生產(chǎn)方法后，該團隊還發(fā)現(xiàn)需要一種新的生物相容性墨水，以實現(xiàn)所需的持續(xù)安全的皮膚接觸。

傳感器鈦顆粒對紫外線的反應(yīng)的直觀表示。圖片來自“應(yīng)用材料和界面”期刊。

克拉克森小組的反應(yīng)性生物墨水

為了使他們的生物傳感器成為可能，據(jù)中國3D打印網(wǎng)了解。研究人員首先必須創(chuàng)建一種新型的生物墨水，該生物墨水由光敏性二氧化鈦（TiO2）納米粒子和分散在水凝膠中的多色染料組成。還向混合物中添加了藻酸鹽和明膠，以使其具有3D打印所需的粘度，并具有類似凝膠的質(zhì)地，使其具有機械穩(wěn)定性。選擇TiO2是因為它具有光催化能力，這使其能夠通過一系列還原-氧化鏈反應(yīng)分解有機材料。在此機制的縮小版本中，研究小組尋求在暴露于紫外線輻射后引發(fā)傳感器中綠色，橙色和藍色染料的分解。

在科學(xué)家使用CAD軟件優(yōu)化設(shè)備設(shè)計之后，他們利用Allevi 2 3D生物打印機制造了一系列基本原型，然后進行測試。為了評估3D打印設(shè)備的機械穩(wěn)定性和均勻性，研究小組沿五個不同點對它們進行了納米壓痕。

研究人員使用Allevi 2 3D打印機3D打印了他們基于生物聚合物的傳感器。圖片來自Allevi Inc.

結(jié)果表明，模型之間的硬度偏差較小，表明它們具有很強的機械性能，并反映了TiO2顆粒的高分布。在最終產(chǎn)品測試期間，這些傳感器還表現(xiàn)出一種奇怪的行為：不同顏色的染料以不同的速率降解至相同的紫外線暴露水平。

根據(jù)他們的發(fā)現(xiàn)，研究小組得出結(jié)論，可以根據(jù)佩戴者的皮膚敏感性或黑色素水平定制其設(shè)備，以解決其個人護膚需求。此外，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)他們的傳感器具有指示一件衣服或工具是否已暴露在足夠的紫外線水平下以進行消毒的能力無論采用哪種方法，無論是在醫(yī)療環(huán)境中還是在防曬環(huán)境中，研究小組都將其生物墨水和生物傳感器視為一種低成本，可訪問且可自定義的解決方案，可以證明是未來研究的寶貴平臺。

人體監(jiān)測和附加生物傳感器

近年來，研究人員已經(jīng)開發(fā)了各種3D打印生物傳感器，這些傳感器可能使用戶能夠密切監(jiān)視其身體健康狀況。成均館大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)生產(chǎn)出一種有機硅彈性體和一種基于糖的支架，可以用作制造可穿戴醫(yī)療生物傳感器的基礎(chǔ)。這些設(shè)備被證明對志愿者的皮膚，肌肉和大腦中的微小電信號變化高度敏感。

華盛頓州立大學(xué)（WSU）的一個團隊利用3D打印技術(shù)為糖尿病患者創(chuàng)建了一種葡萄糖篩查設(shè)備。新型的用戶專用生物傳感器能夠轉(zhuǎn)移到皮膚上，并被證明能夠擬合人體的曲線。同時，CCDC士兵中心的研究人員制造了生物傳感器，該傳感器可以生理追蹤美軍的健康狀況。微流控設(shè)備也有可能在現(xiàn)場應(yīng)用，作為保護士兵免受局勢威脅的一種手段。

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