Ein Forscherteam der University of Otago und der Harvard Medical School haben einen harzbasierten Bio-3D-Drucker entwickelt, der auf Grundlage von einem Smartphone basiert. Mit diesem konnten sie erfolgreich mit Harz und zellbeladenen Materialien drucken. Die Forscher beschreiben ihren 3D-Drucker als „eine Basistechnologie für das zukünftige In-vivo-Biodrucken“.

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Ein Forscherteam der neuseeländischen University of Otago Christchurch und der Harvard Medical School hat einen Smartphone-basierten DLP-3D-Drucker entwickelt. Dieser soll eine bessere Zugänglichkeit des medizinischen 3D-Drucks ermöglichen. Der Smartphone-betriebene Projektor kann zellbeladene Biotinten zu „ausgeklügelten Gewebeanaloga“ polymerisieren. Eine von den Forschern entwickelte App erlaubt das Scannen von Wunden, um im Anschluss patientenspezifisches Gewebe zu erstellen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten Sie in einer Arbeit mit dem Titel „A Smartphone-Enabled Portable Digital Light Processing 3D Printer“ im Fachjournal Advanced Materials. Forscher der University of Houston veröffentlichten vor einigen Jahren eine Anleitung zum Aufbau eines DIY-Mikroskops mit Smartphone und 3D-Drucker.

Details zum portablen DLP-3D-Drucker

3D-Biodrucker haben oft große Stellflächen, was in ressourcenbegrenzten oder Point-of-Care-Umgebungen wie Krankenhäusern oder Praxen ein Nachteil sein kann. Fehlende 3D-Biodruck-Software ist ein weiterer Grund dafür, warum die Technologie nicht weit verbreitet. Den Forschern zufolge fehlt ein tragbares, modulares und einfach zu programmierendes System.
Die Rechenleistung und Bildgebungsfähigkeiten moderner Smartphones werden als Schnittstelle für einen winzigen DLP-3D-Drucker eingesetzt.

Der Prototyp des Systems ist mit einem kleinen Motor, einer Plattform, einem Bottich mit einer Fläche von 31,4 mm2, einem optischen System und einem Projektor ausgestattet und misst 100 x 200 x 200 mm. Die Objektive des Systems können ausgetauscht werden, um unterschiedliche Vergrößerungen und Lichtstärken zu ermöglichen. Der verstellbare Bottich erlaubt Flexibilität über mehrere Längenskalen. Der Drucker lenkt Muster, die er über seinen Projektor von einem optischen Spiegel aufnimmt, auf eine konvexe Linse und in einen 73 mm entfernten Bottich ab und polymerisiert Materialien in vorprogrammierte Formen.

Die Schnittstelle für ihre Maschine entwickelten die Forscher mit einem automatisierten Steuerungssystem bzw. einer mobilen App, die über Bluetooth Anweisungen an den Mikrocontroller des 3D-Druckers sendet. Die fertige Software verfügt über Funktionen zum Slicen, zur Musteranpassung und zur Anpassung von Druckparametereinstellungen.

Umfangreiche Tests

Zuerst druckten die Forscher photozentrisches Harz mit ihrem System erfolgreich. Dann gingen sie auf fortschrittlichere zellbeladene Strukturen über. Das System konnte Kreiselformen mit komplizierten inneren Strukturen sowie mehrere Miniatur-„Denkmäler“ je nach Komplexität in Zeitrahmen von 9-12 Minuten herstellen. Die Modelle sind zwar nicht so präzise wie der Moai 200 SLA-3D-Drucker von Peopoly und erreichen eine Auflösung von etwa 23 µm. Das System ist jedoch 34-mal schneller und deutlich billiger und kann noch optimiert werden.

Im nächsten Schritt testeten sie die Biokompatibilität des Systems mit zellbeladenem PEG, das sie in Nasen-, Ohr-, Nieren-, Herz- und Gehirnformen ablegten. Es gelang ihnen, durch direktes Drucken auf einen Schweinemuskel, eine geschaffene Verletzung zu schließen und die Zelllebensfähigkeit von 98% aufrechterhalten. Sie bewerteten ihr System als „eine Basistechnologie für das zukünftige In-vivo-Biodrucken“. Ihre App mache es zu einem zugänglichen Werkzeug für Anfänger im medizinischen Sektor.

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