Organic Electronics and Microphysiological Systems to Interface, Monitor, and Model Biology
Tid: Ti 2024-03-05 kl 09.00
Plats: Nils Ringertz, Biomedicum, Solnavägen 9, 17165, Solna
Språk: Engelska
Ämnesområde: Medicinsk teknologi
Respondent: Sebastian Buchmann , Nanobioteknologi, AIMES - Center for the Advancement of Integrated Medical and Engineering Sciences at KI and KTH/ 3 Department of Neuroscience, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden
Opponent: Professor Maria Asplund, Chalmers University, Department of Microtechnology and Nanoscience
Handledare: Professor Anna Herland, Nanobioteknologi, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, AIMES - Center for the Advancement of Integrated Medical and Engineering Sciences at KI and KTH/ 3 Department of Neuroscience, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden; Biträdande lektor Erica Zeglio, Nanobioteknologi, Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability, Department of Materials and Environmental Chemistry, Stockholm University, Stockholm, Sweden; Professor Agneta Richter-Dahlfors, Fiber- och polymerteknologi, AIMES - Center for the Advancement of Integrated Medical and Engineering Sciences at KI and KTH/ Department of Neuroscience, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden
QC 2024-02-06
Abstract
Biologiska processer i människokroppen regleras genom komplexa och exakta arrangemang av cellstrukturer och deras interaktioner. In vivo modeller är det mest exakta valet för biologiska studier för att förstå dessa processer. Men de är dyra, tidskrävande och behäftade med etiska dilemman. Mikrofysiologiska system har utvecklats för att skapa avancerade in vitro-modeller för att efterlikna mikromiljöer som finns in vivo. Dessa system kombineras ofta med integrerade sensortekniker för att utföra mätningar i realtid för att få ytterligare information. Konventionella elektroder, gjorda av oorganiska material som guld eller platina, skiljer sig dock fundamentalt från biologiska material. Organiska bioelektroniska komponenter tillverkade av konjugerade polymerer är intressanta alternativ för biologiska sensortillämpningar eftersom de har potential att förbättra sammankopplingen mellan abiotisk elektronik och biotiska material. Deras användning hindras delvis av den begränsade tillgången på material och billiga tillverkningsmetoder. I den här avhandlingen tillhandahåller vi nya verktyg och material som underlättar användningen av organiska bioelektroniska komponenter för in vitro avkänningstillämpningar. Vi utvecklade en metod för att mönstra den ledande polymeren poly(3,4-etylendioxitiofen) polystyrensulfonat och tillverka organiska mikroelektroniska komponenter med hjälp av vaxtryck, filtrering och tejpöverföring. Metoden har låg kostnad, är tidseffektiv och kompatibel med in vitro cellodlingsmodeller. För att uppnå högre upplösning vidareutvecklade vi en mönstringsmetod med femtosekundlaserablation för att tillverka organiska elektroniska enheter såsom komplementära växelriktare eller biosensorer. Metoden involverar inga masker och är inte beroende av typen av konjugerad polymer. Förutom tillverkningsprocesser introducerade vi ett nytt material, den konjugerade polymeren p(g42T‑T)‑8%OH. Denna polymer innehåller hydroxylerade sidokedjor som möjliggör ytmodifieringar, vilket tillåter kontroll av celladhesion. Med den nya femtonsekundslaser baserade mönstringsmetoden kunde vi tillverka p(g42T‑T)‑8%OH-baserade organiska elektrokemiska transistorer för att följa cellbarriärformationer in vitro. Slutligen använde vi femtonsekundslaserutskrift för att tillverka en plattform som kan guida neuriter i co-kultur för att undersöka cellinteraktionerna mellan olika typer av hjärnceller. Sammanfattningsvis beskriver avhandlingen nya verktyg för att underlätta tillverkningen av organiska elektroniska enheter och mikrofysiologiska system. Detta ökar deras tillgänglighet och möjliggör utbredd användning för gränssnitt, övervakning och modellering av biologiska system.