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Multiphotonenlithographie: 3D-Drucker NanoOne von UpNano druckt ultrafeine Bauteile und ermöglicht viele Anwendungen

Multiphotonenlithographie
Was der NanoOne Ultrafeines kann

Das Unternehmen UpNano hat einen hochauflösenden 3D-Drucker für polymere Mikrobauteile entwickelt. NanoOne nennt sich das Gerät, das mittels Multiphotonen-lithographie sowohl ultrafeine Bauteile mit Strukturdetails im Bereich von 170 nm als auch makroskopische Mikroteile im Zentimeterbereich drucken kann und damit viele Anwendungen ermöglicht. Erste Beispiele zeigen schon heute, was dank dieser Technologie in Zukunft unter anderem in der Medizin- und Filtertechnik sowie in der Mikrooptik möglich sein wird.

Inhaltsverzeichnis
1. Bioprinting für die Forschung
2. Biofunktioneller Gewebeersatz aus dem 3D-Drucker
3. Intelligentes Pflaster überwacht die Wunde
4. Reinstes Quarzglas aus dem 3D-Drucker
5. Mikrofluidik und Mikrofilter
6. Zur Partnerschaft von UpNano und der Wild Gruppe

Bioprinting für die Forschung

Der Ursprung des hochauflösenden 3D-Drucks von UpNano liegt im sogenannten Bioprinting, also dem Druck von 3D-Strukturen, in denen lebende Zellen eingelagert sind. Benötigt werden diese nur wenige Millimeter großen Biosysteme in der Forschung, zum Beispiel beim Testen und Evaluieren von Arzneimitteln. Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass sich Zellen im 3D-Kontext natürlicher verhalten als in einem zweidimensionalen Zellrasen.

Das Hydrogelmaterial X Hydrobio INX U200 ist für 3D-Bioprinting-Anwendungen mit Osteoblasten geeignet.
Bild: Xpect INX

Biofunktioneller Gewebeersatz aus dem 3D-Drucker

Erhebliches Potenzial sieht UpNano-Gründer und CEO Dr. Bernhard Küenburg auch für den biofunktionellen Gewebeersatz aus dem 3D-Drucker. Die Idee dabei: Stammzellen werden gezielt in sensiblen Bereichen wie zum Beispiel der Netzhaut eingebracht, um einen Gewebedefekt zu schließen beziehungsweise den Heilungsprozess zu beschleunigen. „Solche oder ähnliche Forschungsprojekte werden wir in den kommenden Jahren vermehrt sehen, speziell wenn es um kleine Zellagglomerate geht, die besonders präzise sein müssen.“

Intelligentes Pflaster überwacht die Wunde

Keine Zukunftsmusik, sondern kurz vor der klinischen Prüfung ist hingegen ein intelligenter Wundverband, der anzeigt, wann er gewechselt werden muss. Ein Kunde aus Schweden hat unter Zuhilfenahme der UpNano-Technologie dafür Sensoren mit gedruckter Elektronik entwickelt, die unter anderem die Anzeichen für Infektionen wie Temperatur, Blutdruck oder Feuchtigkeit in der Wunde überwachen. Das System besteht aus einem elektrochromen Display in Kombination mit einem Sensor, der Spannung erzeugt, wenn er Wundflüssigkeit ausgesetzt wird. Die Elektroden bauen zusammen mit der Wundflüssigkeit genügend Spannung auf, damit das Display die Farbe ändert und anzeigt, dass es Zeit für einen Verbandswechsel ist.

Reinstes Quarzglas aus dem 3D-Drucker

Grundsätzlich können mit dem NanoOne nur Polymerkörper gedruckt werden. Doch es gibt eine Möglichkeit, um erstmals auch Mikrostrukturen aus Glas in jede beliebige Form zu bringen. Nano-Glaspulver des Partner-Unternehmens Glassomer aus Freiburg sind die Lösung. Diese Nano-Glaspulver, deren Glaspartikel eine Größe von ca. 40 nm haben, werden in einem ersten Schritt unter das Polymer gemischt. So entsteht eine Art flüssiges Glasgelee, das mittels 3D-Drucker produziert werden kann. Anschließend brennt man das Polymer bei hoher Temperatur weg. Die Glaskügelchen werden gesintert und wachsen zusammen. Übrig bleibt hochwertiges, reines Quarzglas.

Den Vorteil dieses 2-stufigen Prozesses erklärt Küenburg so: „Bei diesem thermischen Vorgang schrumpfen die gedruckten Formen dreidimensional und es kommt zu keinerlei Spannungen im Produkt. Zudem ist Quarzglas chemisch nicht angreifbar und auch nicht toxisch. Das macht diese hochpräzisen Glasstrukturen extrem spannend für unterschiedlichste Anwendungsbereiche – von der Endoskopie bis zur Mikrofluidik. Der Fantasie sind keine Grenzen gesetzt. Alles, was Sie zeichnen können, kann auch gedruckt werden.“

UpNano_Druck_optischer_Systeme
Hochpräzise 3D-Strukturen in Schwarz können jetzt mit einem 2-Photonen-Polymerisations (2PP)-3D-Druckverfahren gedruckt werden. UpNano hat ein Material entwickelt, das von der außergewöhnlich hohen Laserleistung seiner NanoOne-Druckerreihe profitiert. Das Material UpBlack lässt sich problemlos mit dem optisch transluzenten Material UpOpto kombinieren – damit wird der 2PP-3D-Druck ganzer optischer Systeme (Linsen und Halter) mit einem Drucksystem möglich.
Bild: UpNano

Mikrofluidik und Mikrofilter

Ein weiteres Thema, mit dem UpNano fast täglich konfrontiert ist, ist die Mikrofluidik. Denn auch Raumkörper mit feinsten Kanälen stellt der NanoOne problemlos her. Anders als bei Mikrofiltern aus Zellstoffen oder anderen Fasermaterialien, bei denen die Porengröße immer einer großen Schwankungsbreite unterliegt, können mit dem NanoOne Mikrofilter mit exakt definierten Porengrößen bis zu 1 x 1 Mikrometer in nur wenigen Stunden gedruckt werden.

Multiphotonenlithographie_Filterelemen
Anders als bei Mikrofiltern aus Zellstoffen oder anderen Fasermaterialien, bei denen die Porengröße immer einer großen Schwankungsbreite unterliegt, können mit dem NanoOne Mikrofilter mit exakt definierten Porengrößen bis zu 1 x 1 Mikrometer in nur wenigen Stunden gedruckt werden.
Bild: UpNano

„Die Filterform ist beliebig definierbar. Um sehr filigrane Filterstreben mechanisch stabil zu halten, drucken wir zusätzlich Stützstrukturen mit. Solche Mikrobauteile sind auf konventionelle Weise nicht herstellbar“, so Küenburg

Zur Partnerschaft von UpNano und der Wild Gruppe

Die Wild Gruppe ist von Beginn an als Fertigungspartner von UpNano mit im Boot. Konkret ist der Technologiepartner mit der Serienproduktion des NanoOne beauftragt und hat dieses System im Zuge der Entwicklung gemeinsam mit weiteren Netzwerkpartnern so optimiert, dass es als Desktopgerät selbst im kleinsten Labor Platz findet. „Wir sehen uns als Industrialisierungsspezialist, der unabhängig von den Stückzahlen eine professionelle Serienfertigung gewährleistet. Bei Bedarf sind wir auch in der Lage, die Fertigung rasch auf große Stückzahlen auszuweiten“, betont Wolfgang Warum, CTO der Wild Gruppe. (eve)

 

 

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