Forscher am Buchmann Institute for Molecular Life Sciences an der Goethe-Universität Frankfurt am Main verwendeten den microArch S140 3D-Drucker von Boston Micro Fabrication (BMF) zur Herstellung von Positivformen für Hydrowells. Wir stellen den 3D-Druck im Rahmen des Forschungsprojekts einmal genauer vor.

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Buchmann Institute for Molecular Life SciencesAm Buchmann Institute for Molecular Life Sciences an der Goethe-Universität in Frankfurt am Main verwendeten Forscher laut einer Pressemitteilung von Boston Micro Fabrication (BMF) den mikroskaligen 3D-Drucker microArch S140 von BMF, um miniaturisierte Gefäße („Hydrowells“) zur Kultivierung von 3D-Zell-Sphäroiden unter Mikrogravitationsbedingungen herzustellen. Die Bemühungen waren Teil des Experiments Spheroid Aggregation and Viability in Space oder SHAPE, das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) unterstützt und an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) als Teil wissenschaftlicher Forschung in niedriger Erdumlaufbahn durchgeführt wird.

Details zu Hydrogel-Wellplates (Hydrowells)

3D-gedruckte Hydrowell-Positivformen
Die 3D-gedruckten Hydrowell-Positivformen (im Bild) entstanden am Buchmann Institute for Molecular Life Sciences (Bild © BMF).

Um Sphäroide in der Mikrogravitation aufzunehmen, werden anstelle von Kunststoff- oder Glasgefäßen Hydrowells verwendet, die aus dem Polysaccharid Agarose hergestellt werden. Zelluläre Sphäroide sind dreidimensionale Gewebemodelle, die sich für Anwendungen in der regenerativen Medizin und Krebsforschung eignen. Bei den nicht klebenden Hydrowell-Fächern gelingt der Medienaustausch durch einfache Diffusion und bietet eine vollständig biokompatible Umgebung. Sphäroide werden in einzelnen Hydrowells in Suspension gezüchtet, wo sie sich zu kugelartigen Formationen anordnen. Hydrowells sorgen dafür, dass sich einzelne Sphäroide zu unkontrollierten Größen ansammeln.

Für das Mikrogravitationsexperiment SHAPE wurden speziell konstruierte Hydrowells mit trichterförmigem Eingang, zylindrischem Querschnitt und einem U-förmigen, konischen oder abgestumpften unteren Abschnitt benötigt. Das soll die Bildung von Sphäroiden erleichtern und die langfristige Zellkultivierung. Die Wasserbrunnen wurden aus Positivformen hergestellt, die eine konvexe Form haben. Der 3D-Druck im Mikromaßstab wurde für die Formenherstellung gewählt, weil er eine hohe Auflösung erreichen, glatte Oberflächen erzeugen, Hochleistungsmaterialien verwenden und eine schnelle Entwicklung unterstützen kann.

3D-Druck mit dem microArch S140 von BMF

Der microArch S140 3D-Drucker von BMF arbeitet mit einer Auflösung von 10 µm und fertigt Teile mit einer Oberflächengüte von 0,4 – 0,9 µm Ra (oben) und 1,5-2,5 µm Ra (seitlich). Der 3D-Drucker nutzt die Projektionsmikrostereolithographie (PµSL) von BMF und liefert ein hohes Maß an Glätte und Präzision. BMF verwendet lichtempfindliche Harze in technischer Qualität und druckt Schichtdicken von 10 µm bis 40 µm.

Für die Herstellung der Hydrowell-Positivformen wurde das HT200-Harz von BMF eingesetzt, das hohe Temperaturen von bis zu 200 °C standhält und für hoch feste und langlebige Ergebnisse sorgt. Dass das Harz beständig gegenüber hohen Temperaturen und Drücken ist, unterstützt die Verwendung beim Autoklavieren, um eine bakterielle Kontamination mit dem Hydrobrunnen zu vermeiden. Nach dem Autoklavieren blieb die Schichtdefinition ohne Verziehen oder Delaminieren erhalten. Die thermischen und mechanischen Eigenschaften des 3D-Druck-Materials sorgen für sehr gute und gleichbleibende Qualität des Endprodukts.

Der BMF microArch S140 3D-Drucker im Video

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