In den 2010er Jahren entwickelte sich der 3D-Druck für den Heimgebrauch zu einem weit verbreiteten Trend, doch im Laufe der Jahre hat sich der Hype gelegt. Während sich die mediale Begeisterung etwas gelegt haben mag, blühten die Anwendungen des 3D-Drucks in technischeren Branchen weiter auf, und die Technologie ist zu einem festen Bestandteil der Herstellung und Produktion von Produkten wie Hörgeräten, Zahntechnik-Teilen oder chirurgischen Instrumenten und Inhalatoren geworden. Im Zuge des Wiederauflebens des 3D-Drucks transformiert 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. Die Immuntherapie wendet sich nun dem Einsatz von Mikrowerkzeugen zu, um die Art und Weise der Hautkrebsbehandlung zu verändern. IMcoMET MedTech hat Technologien wie das Microneedle-Duo (M-Duo) entwickelt, das es ermöglicht, das Mikromilieu des Tumors und alle seine Komponenten physisch zu entfernen, um es dann durch gesundes Gewebe zu ersetzen.
Dieser kleine Designmaßstab und der alternative Ansatz zur Tumorabsaugung wären ohne die 3D-Drucktechnologie von Boston Micro Fabrication nicht möglich, die die für die Montage des Geräts benötigten Teile auf ihrer Open-Source-Mikro-3D-Druckplattform gedruckt hat. Die Technologie verwendete 3D-gedruckte Komponenten wie die Kappen/Deckel, die die Nadeln fixieren. BMF konnte diese hochpräzisen Teile drucken und damit die Lücke zwischen klassischer Technologie (SLA 3D und Nano-3D-Druck) schließen. BMF ist in der Lage, diese Teile aufgrund der hochpräzisen Fähigkeiten seiner Geräte herzustellen – mit 100 µm Kanälen und Abstandsbedingungen des Teils bis hinunter zu 20-40 µm.
Formgebung der COVID-19-Testung mittels hochauflösendem Spritzguss
Forscher der UC Berkeley suchten nach einer alternativen Methode zur Herstellung von Formen für Multiplex-Mikrofluidik-Bauteile, die im Kampf gegen COVID-19 eingesetzt werden können. Diese Bauteile sind mit einem Sensor ausgestattet und können zur Durchführung traditioneller Antikörpertests bei infizierten Patienten verwendet werden. Um die Verbreitung von Viren zu reduzieren, besteht ein dringender Bedarf, Infektionen in einem sehr frühen Stadium durch virale RNA-Analyse zu erkennen.
Christos Adamopoulos, Doktorand, und Asmaysinh Gharia, Forscher an der UC Berkeley, zeigten sich sehr beeindruckt von der Ultrahochauflösung, die die Technologie von BMF erreichen kann. Die Genauigkeit und Präzision dieser 3D-gedruckten Formen ist besonders wichtig, da die mikrofluidischen Multiplex-Geräte derzeit Kanäle von 100 µm verwenden und sie Kanäle in einem noch kleineren Maßstab mit höherer Dichte herstellen wollten.
Nach Tests mit BMF auf deren microArch S140 3D-Drucker mit 10 Mikrometer Auflösung entdeckten sie, dass es möglich war, Merkmale und Kanäle bis zu 50 µm zu produzieren und die Schichten dennoch präzise auszurichten. Sie können nun acht Kanäle anstelle von fünf auf derselben Grundfläche unterbringen und die Gerätekomplexität erhöhen, ohne den Produktionsumfang zu steigern.
Steigerung der hochpräzisen Qualität in der Medizintechnik
Medizinprodukte 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. Die Notwendigkeit präziser und passgenauer Komponenten für das Gerät ist von größter Bedeutung.
RNDR Medical ist ein Team aus talentierten und erfahrenen Ingenieuren, Designern, Technikern und Führungskräften im Bereich Medizintechnik, das sich auf die Weiterentwicklung medizinischer Technologien konzentriert. In ihrer jüngsten Partnerschaft mit BMF konnten sie ein neuartiges Einweg-Endoskop für die Endourologie auf den Markt bringen, das zur direkten Visualisierung und Navigation eingesetzt wird, um die Diagnose und Behandlung von Harnwegserkrankungen wie Nierensteinen und Urothelkarzinomen sowie Pyeloskopieverfahren zu ermöglichen, die einen therapeutischen Zugang zum Nierenbecken und zu den Nieren eröffnen.
Anthony Appling, Principal, Miteigentümer, und Keith Wells, Leiter der Konstruktionstechnik, suchten nach einer Fertigungslösung, da das Gerät ein hohes Maß an Präzision erfordert und gleichzeitig abgedichtet sein muss, um den Kontakt mit Flüssigkeiten zu verhindern. Auf der Suche nach einer Lösung, um die langen und kostspieligen Wartezeiten des Mikrospritzgusses zu umgehen, stießen sie auf die Mikro-3D-Drucktechnologie Projection Micro Stereolithography (PµSL) von Boston Micro Fabrication.
Durch die Partnerschaft mit BMF konnte das RNDR-Team die Produktionszeit halbieren. Die Mikro-3D-Drucker von BMF ermöglichten es den Medizintechnik-Ingenieuren des Unternehmens zudem, Designs innerhalb von Tagen und Wochen statt Monaten zu evaluieren und zu iterieren. Wie RNDR Medical bestätigen kann, eignen sich BMF 3D-Drucker hervorragend für Visualisierungssysteme, Therapie- und Diagnosekatheter sowie Verabreichungssysteme in allen Medizintechnikmärkten.
Erhöhte Effizienz bei Medizintechnikprodukten
Nach Angaben der Centers for Medicare and Medicaid Services wird erwartet, dass die jährlichen US-Gesundheitsausgaben für medizinische Geräte bis 2030 rund 300 bis 400 Milliarden US-Dollar erreichen werden – 5-6 % der gesamten Gesundheitsausgaben von 6,8 Billionen US-Dollar. Der 3D-Druck entwickelt sich bereits zu einem entscheidenden Akteur im Produktions- und Fertigungsprozess, da Unternehmen und Forschungsinstitute seine Anwendungen weiterhin nutzen.
Letztes Jahr entwarf die Universität Catania mikro-optofluidische Geräte, die für ein verbessertes optisches Untersuchungsgerät geeignet sind. Lorena Saitta, promovierte Wissenschaftlerin im Bereich Polymere und Verbundwerkstoffe, suchte nach einem einstufigen Herstellungsverfahren, das optische Transparenz und eine maßgeschneiderte Oberflächenchemie ohne weitere Montage gewährleisten konnte. Das Gerät benötigte außerdem eine geeignete Oberflächenrauheit, um Strömungsinstabilitäten zu vermeiden und das Risiko von Flüssigkeitslecks an den Montagepunkten zu minimieren.
Saitta setzte auf den 3D-Druck, um das mikro-optofluidische Bauteil in einem Stück herzustellen. Mithilfe des microArch S140 konnte das Team das Bauteil mit integrierten Einlässen, Auslässen und Einführungen für mikrooptische Fasern drucken. Der microArch S140 konnte das mikro-optofluidische Bauteil ebenfalls in einem Stück fertigen, wodurch Bedenken hinsichtlich Flüssigkeitslecks eliminiert wurden. „Die Projektions-Mikro-Stereolithographie hat neue Möglichkeiten bei der Herstellung mikro-optofluidischer Bauteile eröffnet“, sagt Lorena Saitta, PhD, von der Universität Catania.
Erweiterung von MedTech-Anwendungen
Anwendungsfälle belegen zunehmend, dass der 3D-Druck immer stärker mit dem technologischen Fortschritt im Gesundheitswesen und in den Biowissenschaften verknüpft ist. Über die heutigen Anwendungen hinaus setzt BMF seine Innovationen durch die Partnerschaft mit der University of Nottingham fort. Das Centre for Additive Manufacturing, eine multidisziplinäre Forschungsgruppe an der University of Nottingham, entwickelt ein Toolkit, das als Handbuch dienen soll, um den Weg von der Forschung über die Entwicklung bis zur klinischen Anwendung zu verbessern; dabei wird ermittelt, wie Medizintechnikunternehmen personalisierte und maßgeschneiderte Medizinprodukte entwickeln können. Dieses Projekt zielt darauf ab, einen Engpass zu beseitigen, der die Einführung neuer innovativer Ingenieurleistungen im NHS verhindert.
Ob durch die Entwicklung von Mikrowerkzeugen, die Immuntherapien verabreichen und das Potenzial haben, die Behandlung von Hautkrebs zu verändern, über die Herstellung hochpräziser Druckformen für COVID-19-Früherkennungstests bis hin zur Abkehr von der traditionellen Fertigung zugunsten der additiven Fertigung zur Bekämpfung verlängerter Produktionszeiten – der Mikro-3D-Druck verschiebt die Grenzen der Innovation. Der Nutzen des 3D-Drucks wird von Unternehmen weiterhin als kreative, hochwertige Lösung anerkannt und wird auch künftig eine entscheidende Rolle bei neuen Innovationen spielen.
