I biosensori cellulari possono simulare l'effetto di varie sostanze, come droghe, sul corpo umano in laboratorio. A seconda del principio di misura, anche se, produrli può essere costoso. Di conseguenza, spesso non vengono utilizzati. I fattori di costo per i sensori che eseguono misurazioni elettricamente sono il costoso materiale degli elettrodi e la produzione complessa. Gli scienziati di Fraunhofer stanno ora producendo biosensori con elettrodi di grafene in modo economico e semplice nella stampa roll-to-roll. Esiste già un prototipo di sistema per la produzione di massa.

I biosensori cellulari misurano i cambiamenti nelle colture cellulari tramite segnali elettrici. Questo viene fatto per mezzo di elettrodi che sono montati all'interno della capsula di Petri o nei pozzetti di una cosiddetta piastra a pozzetti. Se i virus aggiunti distruggono uno strato cellulare continuo sugli elettrodi, Per esempio, si riduce la resistenza elettrica misurata tra gli elettrodi. In questo modo, l'effetto di vaccini o farmaci (ad esempio) può essere testato:più efficace è il principio attivo, minore è il numero di cellule che vengono distrutte dai virus e minore sarà la variazione di resistenza misurata. Anche test di tossicità, come sui prodotti cosmetici, può funzionare secondo lo stesso principio e può sostituire in futuro gli esperimenti sugli animali. Un altro vantaggio:se i biosensori sono collegati a un'unità di valutazione, le misurazioni possono essere continue e automatizzate.

conduttivo, biocompatibile, stampabile

La preparazione dei biosensori descritti è costosa e complessa, però:gli elettrodi sono realizzati in materiale biocompatibile ed elettricamente conduttivo, come oro o platino. La produzione di microelettrodi richiede un complicato processo litografico. Il risultato:i laboratori spesso non acquistano questi biosensori a causa dei costi elevati, e l'esame delle colture cellulari continua ad essere eseguito manualmente al microscopio. In alternativa ai metalli preziosi, però, il grafene può ora essere utilizzato come materiale per gli elettrodi. I vantaggi del materiale in carbonio:è elettricamente conduttivo, biocompatibile e, se sotto forma di inchiostro, possono essere stampati su superfici.

Gli scienziati dell'Istituto Fraunhofer per l'ingegneria biomedica IBMT a St. Ingbert nella regione tedesca del Saarland hanno utilizzato un tale inchiostro al grafene. Insieme ai partner del settore nel progetto M-era.Net BIOGRAPHY, finanziato dal Ministero federale tedesco dell'istruzione e della ricerca (BMBF), hanno sviluppato un processo di stampa che rende possibile produrre un gran numero di biosensori di grafene in un processo roll-to-roll conveniente. "Il nostro prototipo di sistema può stampare circa 400 biosensori al minuto su un foglio continuo, "Dottor Thomas Velten, Capo del Dipartimento di Microsistemi Biomedici presso IBMT e Project Manager di BIOGRAFIA, dice descrivendo il risultato del lavoro di sviluppo. Mentre l'attrezzatura per la stampa e l'inchiostro al grafene sono forniti dai partner coinvolti, gli scienziati dell'IBMT si sono occupati della progettazione del processo di stampa. "In particolare, è fondamentale regolare parametri come la viscosità dell'inchiostro, velocità di stampa, pressione della racla – una racla rimuove l'inchiostro in eccesso – e una buona profondità del cilindro di stampa in modo che le strutture stampate corrispondano alle dimensioni nominali, " spiega Velten. Un team interdisciplinare di biologi e ingegneri dell'IBMT ha anche sviluppato un inchiostro proteico, che viene stampato direttamente sugli elettrodi dopo il grafene. Velten:"E' solo grazie alle proteine ​​che le cellule aderiscono abbastanza bene alla lamina dell'elettrodo". Un processo complicato:le energie superficiali della pellicola e dell'inchiostro devono essere adattate l'una all'altra in modo tale che il trasferimento dell'inchiostro dal cilindro di stampa alla pellicola avvenga in modo ottimale. Particolarmente critica è l'asciugatura delle strutture stampate, poiché le proteine ​​non tollerano solventi o alte temperature. Solo il giusto mix di ingredienti dell'inchiostro e metodo di asciugatura assicura che l'inchiostro si asciughi abbastanza rapidamente.