In den 2010er Jahren wurde der 3D-Druck für den Heimgebrauch zu einem weit verbreiteten Hype, doch im Laufe der Jahre hat sich die Begeisterung gelegt. Während sich die Aufregung in den Medien etwas gelegt hat, florieren 3D-Druckanwendungen weiterhin in technischeren Branchen, und die Technologie ist ein fester Bestandteil der Herstellung und Produktion von Produkten wie Hörgeräten, Zahnersatzteilen oder chirurgischen Instrumenten und Inhalatoren geworden. Als Teil des Wiederaufschwungs des 3D-Drucks verändert er nun die Biowissenschaftsbranche und revolutioniert die Medizintechnik auf unerwartete Weise.
Einsatz von 3D-gedruckten Mikronadeln zur Bekämpfung von Hautkrebs
Unser Kunde IMcoMET Medtech ist ein Biotech-Startup im Bereich der Hautkrebsbehandlung. IMcoMET MedTech hat eine Technologie wie die Mikronadel-Duo (M-Duo) entwickelt, die es ermöglicht, die Mikroumgebung des Tumors und alle seine Bestandteile physisch zu entfernen, um sie dann durch gesundes Gewebe zu ersetzen.
Dieses kleine Design und dieser alternative Ansatz für die Tumorabsaugung wäre ohne die 3D-Drucktechnologie von Boston Micro Fabrication nicht möglich gewesen, die die für den Zusammenbau des Geräts benötigten Teile auf ihrer Open-Source-Mikro-3D-Druckplattform gedruckt hat. Die Technologie verwendet 3D-gedruckte Komponenten wie die Kappen/Deckel, die die Nadeln an ihrem Platz halten. BMF war in der Lage, diese hochpräzisen Teile zu drucken und damit die Lücke zwischen der klassischen Technologie (SLA-3D- und Nano-3D-Druck) zu schließen. BMF ist in der Lage, diese Teile aufgrund der hochpräzisen Fähigkeiten seiner Geräte herzustellen - mit 100µm-Kanälen und Abstandsanforderungen des Teils von bis zu 20-40 µm.
COVID-19-Tests mit hochauflösender Formgebung gestalten
Forscher der UC Berkeley suchten nach einer alternativen Methode zur Herstellung von Formen für Multiplex-Mikrofluidik-Geräte, die im Kampf gegen COVID-19 eingesetzt werden können. Diese Geräte sind mit einem Sensor ausgestattet und können zur Durchführung herkömmlicher Antikörpertests bei infizierten Patienten verwendet werden. Um die Ausbreitung von Viren einzudämmen, ist es dringend erforderlich, Infektionen in einem sehr frühen Stadium durch die Analyse viraler RNA zu erkennen.
Christos Adamopoulos, Doktorand, und Asmaysinh Gharia, Forscher an der UC Berkeley, waren sehr beeindruckt von der ultrahohen Auflösung, die die BMF-Technologie erreichen kann. Die Genauigkeit und Präzision dieser 3D-gedruckten Formen ist besonders wichtig, da die mikrofluidischen Multiplex-Geräte derzeit 100-µm-Kanäle verwenden und sie Kanäle in einem noch kleineren Maßstab mit einer höheren Dichte herstellen wollten.
Nach Tests mit BMF auf ihrem 3D-Drucker microArch S140 mit einer Auflösung von 10 Mikrometern stellten sie fest, dass es möglich ist, Merkmale und Kanäle mit einer Tiefe von bis zu 50 µm zu produzieren und die Schichten trotzdem genau auszurichten. Sie können nun acht statt fünf Kanäle auf der gleichen Grundfläche unterbringen und die Komplexität der Geräte erhöhen, ohne den Produktionsumfang zu vergrößern.
Steigerung der hochwertigen Präzision in der Medizintechnik
Medizinische Geräte stellen extrem hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit ihrer Komponenten. Bei Anwendungen wie chirurgischen Elektrowerkzeugen, Beatmungsgeräten und Herzpumpen gehören Präzisionslager zu den kritischen Komponenten, von denen die Sicherheit der behandelten Patienten oft direkt abhängt. Der Bedarf an Präzision und die Auswahl passender Komponenten für das Gerät ist von größter Bedeutung.
RNDR Medical ist ein Team von talentierten und erfahrenen Medizintechnik-Ingenieuren, -Designern, -Technikern und -Führungskräften, die sich auf die Weiterentwicklung medizinischer Technologien konzentrieren. Im Rahmen ihrer jüngsten Partnerschaft mit BMF konnten sie ein neuartiges Einwegscope für die Endourologie auf den Markt bringen, das für die direkte Visualisierung und Navigation zur Diagnose und Behandlung von Harnwegserkrankungen wie Nierensteinen und Urothelkarzinomen sowie für Pyeloskopieverfahren eingesetzt wird, die einen therapeutischen Zugang zum Nierenbecken und zu den Nieren ermöglichen.
Anthony Appling, Hauptgeschäftsführer und Miteigentümer, und Keith Wells, Design Engineering Lead, suchten nach einer Fertigungslösung, da das Gerät ein hohes Maß an Präzision erfordert und gleichzeitig versiegelt werden muss, um den Kontakt mit Flüssigkeiten zu verhindern. Auf der Suche nach einer Lösung, um die langen und teuren Wartezeiten beim Mikroguss zu umgehen, stießen sie auf die Projection Micro Stereolithography (PµSL) Mikro-3D-Drucktechnologie von Boston Micro Fabrication.
Durch die Zusammenarbeit mit BMF konnte das RNDR-Team die Produktionszeit um die Hälfte reduzieren. Die mikroskaligen 3D-Drucker von BMF ermöglichten es den Medizintechnikern des Unternehmens, Designs innerhalb von Tagen und Wochen statt Monaten zu evaluieren und zu iterieren. Wie RNDR Medical bestätigen kann, eignen sich die 3D-Drucker von BMF hervorragend für Visualisierungssysteme, Therapie- und Diagnosekatheter sowie Verabreichungssysteme auf allen Märkten für medizinische Geräte.
Gesteigerte Effizienz bei medizintechnischen Geräten
Nach Angaben der Centers for Medicare and Medicaid Services werden die jährlichen Gesundheitsausgaben für medizinische Geräte in den USA bis 2030 voraussichtlich 300 bis 400 Milliarden Dollar erreichen - 5-6 % der gesamten Gesundheitsausgaben von 6,8 Billionen Dollar. Der 3D-Druck entwickelt sich bereits zu einem entscheidenden Faktor im Produktions- und Herstellungsprozess, da Unternehmen und Forschungsinstitute seine Anwendungen immer weiter ausbauen.
Letztes Jahr hat die Universität Catania mikro-optofluidische Geräte entwickelt, die sich für ein verbessertes optisches Untersuchungsgerät eignen. Lorena Saitta, Doktorandin in der Abteilung Polymere und Verbundwerkstoffe, suchte nach einem einstufigen Herstellungsverfahren, das optische Transparenz und eine maßgeschneiderte Oberflächenchemie ohne weiteren Zusammenbau gewährleisten konnte. Das Gerät benötigte außerdem eine geeignete Oberflächenrauheit, um eine Strömungsinstabilität zu vermeiden und das Risiko eines Flüssigkeitsaustritts an den Montagepunkten zu minimieren.
Saitta wandte sich dem 3D-Druck zu, um das mikro-optofluidische Gerät in einem Stück herzustellen. Mit dem microArch S140 konnte das Team das Gerät mit integrierten Einlässen, Auslässen und Einführungen für mikrooptische Fasern drucken. Mit dem microArch S140 konnte die mikro-optofluidische Vorrichtung auch in einem Stück hergestellt werden, so dass die Gefahr des Auslaufens von Flüssigkeit entfällt. Die Projektionsmikro-Stereolithographie hat neue Grenzen bei der Herstellung von mikro-optofluidischen Geräten eröffnet", sagt Lorena Saitta, PhD, Universität Catania.
Ausweitung der MedTech-Anwendungen
Immer mehr Anwendungsfälle zeigen, dass der 3D-Druck immer stärker mit dem technologischen Fortschritt im Gesundheitswesen und in den Biowissenschaften verwoben ist. Über die heutigen Anwendungen hinaus treibt das BMF die Innovation durch seine Partnerschaft mit der Universität Nottingham weiter voran. Das Centre for Additive Manufacturing, eine multidisziplinäre Forschungsgruppe an der Universität Nottingham, entwickelt ein Toolkit, das als Handbuch dienen soll, um den Weg von der Forschung bis hin zur Entwicklung und klinischen Anwendung zu verbessern und aufzuzeigen, wie Medizintechnikunternehmen personalisierte und maßgeschneiderte medizinische Geräte entwickeln können. Dieses Projekt soll dazu beitragen, einen Engpass zu beseitigen, der die Einführung neuer innovativer Technologien im NHS verhindert.
Ob es um die Entwicklung von mikroskaligen Werkzeugen für die Immuntherapie geht, die das Potenzial haben, die Behandlung von Hautkrebs zu verändern, um die Herstellung von hochpräzisen Druckformen für COVID-19-Tests zur Früherkennung oder um die Abkehr von der traditionellen Fertigung hin zur additiven Fertigung, um längere Produktionszeiten zu vermeiden - der Mikro-3D-Druck verschiebt die Grenzen der Innovation. Die Vorteile des 3D-Drucks werden von den Unternehmen weiterhin als kreative, hochwertige Lösung erkannt und werden auch in Zukunft eine entscheidende Rolle bei neuen Innovationen spielen.
