Forschern der Technischen Universität Dänemark (DTU) ist es gelungen mit Hilfe der OPU-Komponente einer Xbox 360 einen Nano-3D-Drucker für den medizinischen Bereich entwickelt. Der 3D-Drucker, der auf dem SLA-3D-Druckverfahren aufbaut, kann von zehn Mikrometern Druckauflösung auf Hunderte von Nanometern herunterfahren. Mit dem aus der Xbox 360 entwickeltem Nano-3D-Drucker wollen die Forscher ein preiswertes mikro- und nanoskaliges 3D-Drucksystem anbieten und über ein Spin-Out kommerzialisieren.

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Technische Universität Dänemark LogoForscher der Technischen Universität Dänemark (DTU) haben mithilfe einer Komponente einer Microsoft Xbox 360 einen hochauflösenden nanoskaligen 3D-Drucker für den Einsatz in der Medizin entwickelt. Die OPU-Komponente (Optical Pick-up Unit) ersetzt dabei das optische Stereolithografie-System (SLA) und vereinfacht den 3D-Druck-Prozess deutlich. Im Fachjournal Communications Physics erklären sie ihre Arbeit im Artikel „Micro and nanoscale 3D printing using optical pickup unit from a gaming console„.

Kompakter 3D-Drucker im Nanomaßstab

DTU-Doktorand Tien-Jen Chang erklärt:

„Mit unserem 3D-Drucker, der 3D-Objekte im Mikro- und Nanomaßstab drucken kann, können wir ohne teure Spezialkomponenten von zehn Mikrometern Druckauflösung auf Hunderte von Nanometern herunterfahren. Wir erhalten im Vergleich zu anderen Stereolithografie-Systemen einen einfacheren und kompakteren 3D-Drucker im Nanomaßstab.“

Optische Aufnahmeeinheit strahlt blauen Laser auf Substrat
Das entwickelte 3D-Druck-System soll kommerzialisiert werden (hier zu sehen: optische Aufnahmeeinheit, oben) strahlt blauen Laser auf Substrat) (Bild © Jesper Scheel / DTU).

Mit der OPU-Komponente aus der Xbox 306 werden Daten von Speicherdiscs wie Blu-Rays, hochauflösende DVDs und CDs gelesen und beschrieben. Die Xbox OPU ist die Lichtquelle und ermöglicht beugungsbegrenzte Optik in kompakter Größe. Sie bietet hochpräzise Messungen und Lasermodi mit mehreren Wellenlängen und ist so ideal als Ersatz eines herkömmlichen optischen SLA-3D-Druckers.

Details zum 3D-Druck mit der HD-DVD-OPU

Der mit der HD-DVD-OPU entwickelte 3D-Drucker basiert auf einem invertierten SLA-3D-Drucksystems. Die OPU sendet einen 405-Nanometer-Laser aus, der im Inneren des Photopolymerbehälters fokussiert ist, während ein eingebetteter Controller, verbunden mit einem benutzerdefinierten OPU-Treiber und Motortreiber, die Laserintensität und Wellenlänge anpasst. Die linearen Tische der XY- und der Z-Achse werden mit Auflösungen von 312,5 nm bzw. 62,5 nm gesteuert. Die eingebettete Steuerung kommuniziert mit einem Computer, um den Druckprozess zu implementieren.

Das von der DTU entwickelte OPU-3D-Druck-System verwendet direkt eingebettete Sensoren, um den Abstand zwischen dem Brennfleck und der Substratoberfläche bei nanoskaliger Auflösung zu bestimmen. Die Sensoren sind außerdem in der Lage, die OPU-Brennebene und die Neigungsstufe einstellen. Ein Schwingspulenmotor stellt die Objektivlinse ein und misst die Dicke des Photopolymers. Die Forscher gehen davon aus, dass mit dem eingebetteten Sensorsystem die Ausbeute des mikro- und nanoskaligen 3D-Drucks erheblich optimiert und gesteigert werden kann.

 

DTU-Associate Professor En Te Hwu sagt:

„Zusätzlich zum 3D-Druck unserer mikroskaligen Konatine mit einem Durchmesser eines menschlichen Haares für effizientere orale Arzneimittelabgabeentwicklungen kann dieses System auch zum Drucken schmerzloser mikroskaliger Nadeln verwendet werden, die auf Hautpflastern verwendet werden, um die Entwicklung der transdermalen Arzneimittelabgabe zu beschleunigen.“

Außerdem lassen sich den Forschern zufolge 3D-Strukturen für Zellkulturumgebungen für genauere Ex-vivo-Drogenteststudien und biokompatible Mikrogeräte mit nanostrukturierten Oberflächen herstellen, die Bakterien abtöten. Mit einem Spin-out Unternehmen wollen die Forscher ihr OPU-System in den nächsten Jahren kommerzialisieren. Über die weitere Entwicklung der Technologie und des geplanten Spin-Outs berichten wir im 3D-grenzenlos Magazin (Newsletter abonnieren).

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