供稿人：陈文瑜、高琳 供稿单位：西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室 发布日期：2024-09-10
导电电极与3D骨骼肌组织模型的集成可以在生物电子学、药物筛选和可植入设备中具有巨大的应用潜力。由于常规电极不易集成在三维的生物相容性基底上，因此非常需要替代物。
为解决这一问题，伊利诺伊香槟大学的研究团队提出了一种使用PEGDA支撑层的生物相容性CVD石墨烯转移方法。研究者们在铜箔上通过化学气相沉积（CVD）生长的石墨烯上，使用光引发剂，通过旋涂和UV曝光使PEGDA支撑层聚合。在将覆盖有PEGDA的石墨烯翻转，使石墨烯层朝上、PEGDA层位于底部后，使用氯化铁基铜蚀刻液对铜箔进行蚀刻。使用CAD软件设计三维支柱，并通过SLA设备对支柱进行3D打印。将石墨烯/PEGDA片转移到3D打印的支柱上后，制备肌肉环并将其整合至与3D打印支柱整合的石墨烯上。
图1 将石墨烯和肌肉环转移到3D打印的PEGDA柱上
接下来，研究者用转移的石墨烯电极对肌肉环施加电刺激。当施加10 V和20 V脉冲时，柔性支柱分别产生分别为3.9 ± 1.0 μm（10 V）和8.2 ± 1.3 μm（20 V）。进一步实验表明，肌肉收缩引起的柔性支柱位移的幅度与频率，和通过石墨烯电极进行电刺激的电压与频率成比例。
图2 通过石墨烯电极对肌肉环进行电刺激
这项研究提出的石墨烯集成方法可以用于多种三维的生物机械融合机器人模型，并证明了通过石墨烯集成电极对生物机械融合机器人进行精确控制的可行性。