Monsur Islam, Postdoktorand am Karlsruher Institut für Technologie in Karlsruhe, Deutschland, wollte Kohlenstoffstrukturen im 3D-Druckverfahren herstellen, um anpassbare Gerüste für die Gewebezüchtung zu schaffen. Das Hauptaugenmerk dieses Projekts liegt auf dem 3D-Druck von glasartigem Kohlenstoffmaterial, was in der Regel durch 3D-Druck eines Vorläufers und anschließende Karbonisierung erreicht wird. Um diese Gerüste erfolgreich drucken zu können, benötigte Islam einen hochauflösenden 3D-Drucker mit der erforderlichen Längenskala und die geeigneten Vorläufermaterialien für die Karbonisierung.
Den richtigen 3D-Drucker finden
Dr. Islam versuchte mit Hilfe der Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) und von Tisch-Stereolithografiesystemen die Vorläuferstrukturen für seine Gerüste zu drucken. Diese Systeme waren jedoch hinsichtlich der Auflösung, die im Längenmaßstab erreicht werden konnte, und der Verfügbarkeit geeigneter Vorläufermaterialien für den 3D-Druck begrenzt. Anwendungen des Tissue Engineering erfordern komplizierte Details, die nur mit einem Drucker mit extrem hoher Auflösung gedruckt werden können.
Als System mit einer Auflösung von 2µm ist der microArch® S130 von BMF in der Lage, Strukturen mit komplexeren inneren Strukturen mit engen Toleranzen bei einer sehr hohen Auflösung zu drucken. Unter Verwendung des HTL-Gelb-Harzes von BMF im microArch S130 karbonisierten die 3D-gedruckten Vorstufen nahtlos, ohne dass Artefakte durch die Vorstufe entstanden. Darüber hinaus erwies sich der 3D-Drucker von BMF als ausreichend hochauflösend und in einer für die 3D-Zellbesiedlung geeigneten Längenskala.
Mit dem microArch S130 konnte Dr. Islam einen 1,3 x 1,3 x 1,3 mm großen Würfel mit 100 x 100 µm großen Tunneln im Abstand von 100 µm in 5µm-Schichten drucken. Das oben gezeigte Bild zeigt eine karbonisierte Probe mit einer Gitterdicke von 100 µm und einem Abstand zwischen benachbarten Gittern von 100 µm. Nach der Karbonisierung werden die Gerüste für die Zellkultivierung und das Tissue Engineering getestet.
Die Zukunft
Nachdem das KIT gezeigt hat, dass die Karbonisierung von 3D-gedruckten Strukturen für das Tissue-Engineering funktioniert, kann es die für diese Gerüste verwendeten Strukturdesigns weiter ausbauen.
Kohlenstoff ist ein interessantes Material mit einzigartigen Eigenschaften, die seine Verwendung in verschiedenen Bereichen ermöglichen, von Energiematerialien bis hin zu Gerüsten für die Gewebezüchtung. Die Herstellung komplexer 3D-Strukturen aus Kohlenstoff ist jedoch nach wie vor eine Herausforderung. Die additive Fertigung ermöglicht die Herstellung komplexer 3D-Strukturen aus einer Vielzahl von Polymerwerkstoffen. Die Karbonisierung von 3D-gedrucktem Polymermaterial kann zu 3D-Strukturen aus Kohlenstoff führen. Mit dieser Strategie wollen wir 3D-Kohlenstoffarchitekturen mit den mikropräzisen 3D-Drucksystemen des BMF herstellen. Die designgesteuerte Herstellung von mikrostrukturierten Kohlenstoffstrukturen wird auf überlegene strukturelle und materielle Eigenschaften hin untersucht, die das Design- und Materialinstrumentarium für mikrostrukturierte Materialien erweitern können.
- Monsur Islam, KIT
Für weitere Informationen über die microArch S130 und die verfügbaren Photopolymere wenden Sie sich bitte an BMF.
