Met een nieuwe methode is elektronica direct op de huid te printen. In de toekomst kunnen artsen dit systeem misschien gebruiken om de huid te voorzien van sensoren die lichaamsfuncties meten.

In theorie is 3D-printen op de huid een efficiënte manier om draagbare elektronica te maken, zoals een sensor die je bloeddruk meet (lees: ‘Draagbare sensor laat huid ademen’). In de praktijk is deze methode echter lastig uit te voeren. Bestaande 3D-printers gebruiken namelijk inkt die alleen droogt bij temperaturen van zo’n 100 °C. Zulke inkt wil je dus niet op je huid krijgen.

Onderzoekers van de University of Minnesota bedachten een manier om elektronica toch te 3D-printen op de huid. Hiervoor gebruiken ze een wateroplosbare inkt met zilvervlokken en ethanol. De ethanol verdampt snel uit de geprinte inkt en de zilvervlokken slaan neer tot een goed geleidend materiaal. De inkt blijft stevig zitten op de huid, maar is makkelijk te verwijderen met een pincet of door te spoelen met water.
 

Beweging

‘Hoe goed iemand ook probeert om helemaal stil te zitten tijdens het printen, hij beweegt toch een beetje’, zegt Michael McAlpine, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan de University of Minnesota, in een persbericht. En als je je hand beweegt tijdens het printen, verstoort dit het geprinte elektronische circuit.

De onderzoekers pasten hun methode aan zodat hij compenseert voor deze beweging. Voorafgaand aan het printen plakken ze een aantal referentiemarkers op de hand, die worden herkend door een 3D-scanner. Vervolgens maakt dit apparaat een 3D-scan van de hand en weet hij dankzij de referentiemarkers hoe deze hand eruit ziet.

Het systeem gebruikt deze informatie en een aantal camera’s om een realtime schatting te maken van de beweging van de hand. De 3D-printer past de beweging van zijn printkop hier op aan, zodat de hand kan bewegen tijdens het printen zonder het elektronische circuit te verstoren. Er zijn meerdere inktlagen nodig om een compleet circuit te maken (zie filmpje hieronder).
 

Schematische weergave van het printproces. Eerst maakt een apparaat een 3D-scan van de hand (a), zodat de printer de hand in real time kan volgen (b). Een elektrische component wordt op de hand gezet (c), daarna volgt het printproces (d). Het geprinte circuit kan een LED licht laten geven (e) met behulp van een apparaat dat draadloos energie overdraagt. (Bron: Zhu et al., Advanced Materials 2018)


Met deze methode 3D-printten de wetenschappers een elektronisch circuit met een LED op een hand. Door hier een apparaat boven te houden dat draadloos energie overdraagt, gaat het lampje branden. Ze printten ook een vochtsensor op een hand. Deze kon maar beperkte hoeveelheden water aan, anders werd de inkt weer nat en vloeide hij uit.
 

Printen met cellen

De techniek is mogelijk ook bruikbaar voor om een genetische huidaandoening te behandelen die blaren en open wonden veroorzaakt. Wetenschappers kunnen wel genetisch gecorrigeerde cellen maken, maar er is nog geen efficiënte manier om deze cellen op de huid aan te brengen. Met de 3D-printmethode konden de onderzoekers van de University of Minnesota een hydrogel met levende cellen printen op huidwonden bij muizen (lees: ‘Huidpistool geneest brandwonden’). Dit is een eerste stap in het behandelen van specifieke huidaandoeningen.

Openingsbeeld: een 3D-geprint elektronisch circuit. Foto: McAlpine group, University of Minnesota.