Forscher der Concordia University in Kanada haben ein 3D-Druckverfahren namens „Direct sound printing“ (DSP) vorgestellt, das den 3D-Druck im menschlichen Körper mit Hilfe von Schallwellen möglich macht. Dabei verwenden sie ein Harz auf Siliziumbasis. Die Forscher erhoffen sich davon hilfreiche Anwendungen in der Medizin.

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Ein Team von Forschern der Concordia University hat laut einer Pressemitteilung ein neuartiges 3D-Druckverfahren entwickelt, mit dem im menschlichen Körper Objekte additiv aufgebaut werden können. Ihr Verfahren namens „Direct sound printing“ (DSP) verwendet das Polydimethylsiloxan (PDMS)-Harz, ein Polymer auf Siliziumbasis, das mit Schallwellen ausgehärtet wird. Das Harz befindet sich in einem Behälter, in den mit einem Wandler Ultraschallwellen geschickt werden. So entstehen kleine Blasen, die mit einer hohen Geschwindigkeit schwingen. Ihre Arbeit mit dem Titel „Direct sound printing“ haben sie im Fachjournal Nature Communications vorgestellt. Ende 2020 haben Forscher von mimiX Biotherapeutics den 3D-Biodrucker cymatiX präsentiert, einen akustischen Bioprinter, der mit Schallwellen arbeitet. Auf unserer Themenseite haben wir schon häufiger über den 3D-Druck mit Ultraschall berichtet.

Nur wenige Pikosekunden

Der Anstieg des Drucks und der Temperatur beeinflusst das umliegende Material nicht, da das nur wenige Pikosekunden andauert. In dieser Zeit verfestigt sich das PDMS. Der Ultraschallwandler des 3D-Druckers bewegt sich dabei auf festen Bahnen und baut das Objekt Pixel für Pixel auf. Je nach Dauer der Ultraschallwellenfrequenz und Viskosität des Ausgangsmaterials können Objekte damit in unterschiedlichen Eigenschaften gedruckt werden.

Die Entwickler gehen davon aus, dass sich das Verfahren vor allem für die Medizin eignet. Ein Implantat könnte damit direkt im Körper gedruckt werden. Das Baumaterial wird in den Körper injiziert und im Anschluss mit dem Ultraschallwandler verfestigt. Das nicht toxische PDMS wird bereits in Medikamenten genutzt. Keramik lässt sich ebenfalls mit DSP verarbeiten. Muthukumaran Packirisamy erklärte, dass sie im nächsten Schritt Polymer-Metall-Verbundwerkstoffe ausprobieren und mit ihrer Methode auch Metall drucken wollen.

Grafik zum Direct sound printing im Körper
Mit dem Direct sound printing (im Bild: grafische Darstellung des Vorgangs) wird Harz in wenigen Pikosekunden ausgehärtet (Bild © Nature Communications).

Mohsen Habibi erklärt:

„Wir haben herausgefunden, dass wir, wenn wir eine bestimmte Art von Ultraschall mit einer bestimmten Frequenz und Leistung verwenden, sehr lokale, sehr fokussierte chemisch reaktive Regionen erzeugen können. Die Blasen können als Reaktoren dazu genutzt werden, chemische Reaktionen anzuregen, die flüssiges Harz in festes oder halbfestes Material wandeln.“

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