Mikro-3D-Drucke für die biomedizinische Zellkultur

Auch können diese Strukturen direkt in einem Mikrofluidikchip gefertigt werden. So lassen sich beispielsweise Elemente wie Filter, Kanäle oder Membranen direkt in einem kommerziell erhältlichen oder kundenspezifischen, mikrofluidischen Chip herstellen. Diese neuen Produktionsmöglichkeiten ermöglichen völlig neue Ansätze in der In-vitro-Forschung. So erlaubt die Technologie die Herstellung von semipermeablen Membranen für die Untersuchung von Transportmechanismen. Die Durchlässigkeit der Struktur ist abhängig von den gewählten Druckparametern und kann somit an die Eigenschaften des zu untersuchenden Gewebes angepasst werden.

Zwei Photonen – zusammen sind sie stärker

Die Präzision wird durch einen Laserlicht-basierten Prozess mit ex­trem hoher Auflösung erreicht. Das verwendete Verfahren der 2-Photonen-Polymerisation (2PP) basiert auf dem Prinzip der nichtlinearen Absorption von zwei Photonen innerhalb einer kurzen Zeitspanne von wenigen Femtosekunden (10^-15 s). Die verwendeten Materialien sind vergleichbar mit UV-härtbaren Kunststoffen oder Klebstoffen, die typischerweise bei einer Wellenlänge von 400 nm angeregt werden und durch radikale Polymerisation von kurzkettigen Ausgangsprodukten in einen festen Kunststoff umgewandelt werden. Im Gegensatz dazu wird bei 2PP der Photoinitiator im Material bei der ungefähr doppelten Wellenlänge von 780 nm angeregt, wobei jedes Photon nur die Hälfte der notwendigen Energie besitzt und daher zwei Photonen nahezu gleichzeitig absorbiert werden müssen.

Die resultierende Absorptionswahrscheinlichkeit ist daher nicht-linear und proportional zum Quadrat der Intensität des eingestrahlten Laserlichts. Die Laserleistung wird im Prozess so gewählt, dass nur im Fokuspunkt des Lasers eine ausreichend hohe Absorption stattfindet, um eine dauerhafte Materialumwandlung herbeizuführen. Das Geheimnis hinter der hohen Auflösung: Das Material härtet eben nur im Fokuspunkt aus, überall sonst bleibt es flüssig. Nur so kann eine Auflösung im 100-Nanometerbereich im Volumen ohne die Aufbringung von dünnen Schichten erreicht werden.

Aufgrund der hohen Auflösung und Präzision arbeiten kommerziell erhältliche Systeme mit sehr geringen Druckgeschwindigkeiten. Lange und damit unwirtschaftliche Druckvorgänge sind die Folge und bremsten bis dato den Durchbruch der Technologie. Upnano läutet mit dem „NanoOne“ eine neue Ära im hochauflösenden 3D-Druck ein, indem das System erstmals höchste Präzision mit unerreicht hohem Durchsatz kombiniert.

Im direkten Vergleich mit etablierten Systemen zeigte sich, dass der patentierte Prozess einen bis 100-mal schnelleren Druck erlaubt. Gut, aber für die Gründer noch nicht gut genug – es wird bereits eifrig an der nächsten Maschinengeneration getüftelt.

Dieser Beitrag stammt von unserem Partnerportal Laborpraxis.

* D. Mandt: UpNano GmbH, 1030 Wien/Österreich

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