Monsur Islam, ein Postdoktorand am Karlsruher Institut für Technologie in Karlsruhe, Deutschland, beabsichtigte, Kohlenstoffstrukturen im 3D-Druck zu fertigen, um anpassbare Gerüste für das Tissue Engineering zu schaffen. Der Schwerpunkt dieses Projekts liegt auf dem 3D-Druck von glasartigem Kohlenstoffmaterial, was typischerweise durch den 3D-Druck eines Präkursors gefolgt von einer Karbonisierung erreicht wird. Um diese Gerüste erfolgreich zu drucken, benötigte Islam einen hochauflösenden 3D-Drucker mit der erforderlichen Längenskala und den geeigneten Präkursor-Materialien für die Karbonisierung.
Die Wahl des passenden 3D-Druckers
Dr. Islam setzte Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) und Tisch-Stereolithographie-Systeme ein, um die Vorläuferstrukturen für seine Scaffolds zu drucken. Diese Systeme waren jedoch in Bezug auf die erreichbare Auflösung im Längenmaßstab und die Verfügbarkeit geeigneter Vorläufermaterialien für den 3D-Druck eingeschränkt. Anwendungen im Bereich des Tissue Engineering erfordern komplexe Details, die nur mit einem Ultrahochauflösungsdrucker realisiert werden können.
Als System mit einer Auflösung von 2 µm ist der microArch® S130 von BMF in der Lage, Strukturen mit komplexeren internen Geometrien und engen Toleranzen bei sehr hoher Auflösung zu drucken. Unter Verwendung des HTL – Yellow Harzes von BMF im microArch S130 karbonisierten 3D-gedruckte Vorläufer nahtlos, ohne dass Artefakte aus dem Vorläufer entstanden. Darüber hinaus erwies sich der BMF 3D-Drucker als geeignet, eine ausreichende Auflösung und Längenskala für die 3D-Zellbesiedlung zu bieten.
Mithilfe des microArch S130 konnte Dr. Islam einen 1,3 x 1,3 x 1,3 mm großen Würfel mit 100 x 100 µm großen Tunneln, die in einem 100 µm Raster verlaufen, in 5 µm Schichten 3D-drucken. Das oben gezeigte Bild zeigt eine karbonisierte Probe mit einer Gitterdesignstärke von 100 µm und einem Abstand von 100 µm zwischen benachbarten Gittern. Nach der Karbonisierung werden die Gerüste für die Zellkultivierung und das Tissue Engineering getestet.
Die Zukunft
Nachdem gezeigt wurde, dass die Karbonisierung von 3D-gedruckten Strukturen für das Tissue Engineering funktioniert, kann das KIT die strukturellen Designs, die für diese Gerüste verwendet werden, weiter ausbauen.
Kohlenstoff ist ein interessantes Material mit einzigartigen Eigenschaften, die seinen Einsatz in verschiedenen Anwendungen ermöglichen, von Energiematerialien bis hin zu Gerüsten für das Tissue Engineering. Die Herstellung komplexer 3D-Kohlenstoffarchitekturen ist jedoch nach wie vor eine Herausforderung. Die additive Fertigung ermöglicht die Herstellung komplexer 3D-Strukturen aus einer Vielzahl von polymeren Materialien. Die Karbonisierung von 3D-gedrucktem Polymermaterial kann zu 3D-Kohlenstoffarchitekturen führen. Mit dieser Strategie wollen wir 3D-Kohlenstoffarchitekturen mithilfe der Mikropräzisions-3D-Drucksysteme von BMF herstellen. Die designgeführte Herstellung mikroarchitektierter Kohlenstoffstrukturen wird auf überlegene strukturelle und Materialeigenschaften untersucht, die das Design- und Material-Toolbox mikroarchitektierter Materialien erweitern können.
– Monsur Islam, KIT
Für weitere Informationen über den microArch S130 und verfügbare Photopolymere kontaktieren Sie BMF.
