西班牙加泰罗尼亚纳米科学与纳米技术研究所Giulio Rosati及其团队在《Scientific Reports》期刊上发表了一项关于全喷墨打印导电微针的研究，旨在推动微针技术在生物医学和农业领域的应用。微针因其在无痛药物输送和生物传感中的潜力而受到广泛关注，但其制造过程通常复杂且难以大规模生产。传统的微针制造方法，如光刻、注塑和激光切割，往往需要昂贵的设备和洁净室环境，这限制了其在实际应用中的推广。因此，研究团队提出了一种新颖且简单的全喷墨打印导电微针的制造方法，利用银纳米颗粒（AgNPs）作为打印墨水，展示了该方法在植物电化学特性监测中的应用潜力。
在研究过程中，团队首先选择了银纳米颗粒墨水，并对常规喷墨打印机进行了改造，增加了加热元件，以便在打印过程中快速固化墨水。这一创新使得微针的制造过程可以在常规实验室环境中进行，而无需复杂的洁净室操作。通过喷墨打印技术，研究人员将银纳米颗粒墨水喷射到加热的基材上，控制墨水的喷射和基材的温度，成功制造出高度可控的微针结构。这种方法不仅提高了微针的制造效率，还确保了其导电性。
在几何特性和机械性能测试中，研究团队发现所制造的微针具有良好的高度/宽度比和机械稳定性，适合用于生物医学应用。研究还表明，微针的几何特性受墨水稳定性和打印过程中的温度控制影响，随着微针高度的增加，打印精度可能下降，因此需要优化打印参数以确保结构的一致性。尽管银纳米颗粒墨水表现出良好的导电性，研究团队也意识到，未来可以探索其他金属纳米颗粒墨水，以实现更广泛的应用。
在电化学特性测试中，研究团队在薄荷叶上进行了电化学阻抗谱（EIS）测试，结果显示，微针能够有效穿透植物表皮，提供更低的阻抗值，表明其在植物内部结构的电化学特性监测中的有效性。研究还指出，微针的制造过程具有可扩展性，能够在较低的成本下实现大规模生产。与传统的微针制造方法相比，喷墨打印技术的优势在于其无接触、无掩模的墨水沉积方式和快速的原型制作时间。
尽管研究取得了显著进展，但在微针制造过程中仍面临一些挑战。首先，打印精度是一个关键因素，微针的几何特性受墨水稳定性和打印过程中的温度控制影响。其次，如何在更大规模上实现高效生产仍然是一个需要解决的问题。研究团队提出，使用多喷嘴打印头和自动化流程可以显著提高生产效率。此外，研究还提到，Nanoscribe GmbH的微米级3D打印技术为制造复杂结构提供了可能性，尽管该技术主要依赖于光聚合过程，但其在微针制造中的应用潜力仍然值得探索。
本研究的成果为微针技术的进一步发展提供了新的思路。未来的研究方向可能包括多功能微针的开发，通过在微针尖端功能化不同的金属纳米颗粒，实现对特定生物标志物的检测，拓展微针在生物传感中的应用。此外，微针技术在农业中的应用前景广阔，可以用于实时监测植物的营养吸收情况，从而优化施肥策略，减少土壤污染。结合无线和无电池的智能手机接口系统，可以实现微针的便捷使用，推动其在生物医学和农业中的应用。
总之，Giulio Rosati教授及其团队的研究为微针技术的制造提供了一种创新的方法，克服了传统制造过程中的许多挑战。通过喷墨打印技术，研究团队成功制造出导电微针，并展示了其在植物电化学特性监测中的应用潜力。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，微针技术有望在生物医学和农业等多个领域发挥重要作用。
相关文献及图片出处
https://doi.org/10.1038/s41598-024-80840-1