Die Forscher von CIC NanoGUNE aus Spanien haben es sich zur Aufgabe gemacht, Virus-Aerosole und ihre Übertragungsmechanismen zu identifizieren und Lösungen zum Unterbinden von Aerosole in der Luft zu entwickeln. Der deutsche 3D-Druck-Dienstleister MetShape half dabei mit dem 3D-Druck eines detailgenauen, äußerst präzisen Virenmodells. Die Forscher können Dank des 3D-gedruckten Modells nun ihre Experimente zur Be- und Entnetzung von Wasser an Viren durchführen und begründen darin einen „neuen Meilenstein in der Erforschung von Virus-Aerosolen“.

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Schon vor der Coronavirus-Pandemie waren Viren allgegenwärtig in unserem Leben. Im Winter steigt die Virenlast und wir werden häufiger krank. Feste oder flüssige Schwebeteilchen in der Luft, auch bekannt als Aerosole, spielen dabei oft eine Rolle.

CIC NanoGUNE setzt sich im baskischen Technologieverbund BRTA mit der Physik und Chemie von Virus-Aerosolen auseinander. Sie identifizieren Virus-Aerosole und ihre Übertragungsmechanismen und entwickeln Lösungen für das Unterbinden der Ausbreitung. Dabei verwenden sie detailreiche, kleine und präzise Virusmodelle und arbeiten mit nanoskaligen molekularen Aggregaten. Für Be- und Entnetzungsstudien nutzen sie verstärkt Wasser/Virusmodelle im Zentimetermaßstab. Zur Verbesserung der Arbeit der Wissenschaftler kamen jetzt erstmals detailgenaue Modelle aus dem 3D-Drucker zum Einsatz.

Details zu den 3D-gedruckten Modellen

Modell eines Influenza-Virus
Abbildung 1: Modell eines Influenza-Virus, trocken und mit ultradünner Wasserschicht (Bild © Reddy et al., Structure 23 (2015) 584).

Das Influenza-Virus-Modell (Abb. 1) hat einen Durchmesser von ca. 120 nm. Die Oberfläche ist mit 500 „Spikes“ ausgestattet, die einen Abstand von nur ca. 10 nm zueinander haben. Dazwischen befinden sich winzige Kapillaren. In der Luft verlieren flüssige Aerosole rasch Wasser, trocknen ein, was Viren deaktivieren kann.

Wird die Masse leichter, steigt aber die Verweilzeit in der Luft. Diese feine Balance entscheidet über die Ausbreitung. Die Kapillaren sind beim 3D-gedruckten Zentimetermodell weniger als 1 mm groß, sonst würde die Schwerkraft das Resultat verfälschen. Diese präzise darzustellen ist bei Mikroteilen mit 3D-Druckverfahren wie Binder Jetting oder Selektivem Laserschmelzen nicht möglich. CIC NanoGUNE wandte sich deshalb an den 3D-Druck-Dienstleister MetShape.

3D-gedrucktes Modell von MetShape

3D-gedrucktes Virus-Modell von MetShape
Abbildung 3: von MetShape gedrucktes Modell eines Influenza-Virus im Maßstab 250000:1 (Bild © MetShape).

MetShape gelang es, ein hochpräzises Virusmodell in Relation von 250000:1 mit einem Durchmesser von 30 mm mit 3D-Druck herzustellen. Das berichtet MetShape in einer Mitteilung an das 3D-grenzenlos Magazin. Sie druckten das Modell, entbinderten und sinterten es und stellten es als fertiges Modell CIC NanoGUNE zur Verfügung. Nachbearbeitungsschritte waren nicht notwendig.

Das Metallmodell schneidet im Vergleich zum Polymermodell (Abb. 2) aufgrund der geringeren Wassermasse und aufgrund der geringeren Größe besser ab. Die Modelle wurden mit einem Adhäsionsspray hydrophilisiert. Das Metallmodell war korrekt benetzt, beim Polymermodell verfälschten entstehende Wassertropfen das Ergebnis.

Abbildung 2: Vergleich des Polymer- und Metallmodell
Abbildung 2: Vergleich des Polymer- und Metallmodells (Bild © MetShape).

CIC NanoGUNE zur Arbeit von MetShape:

„Dank des von MetShape gedruckten Modells können wir nun unsere Experimente zur Be- und Entnetzung von Wasser an Viren durchführen und damit einen neuen Meilenstein in der Erforschung von Virus-Aerosolen erreichen. Wir kommen mit den neuen Möglichkeiten durch innovative Fertigungstechnologien unserem langfristigen Ziel möglichst viele Menschen vor Virusinfektionen zu schützen einen großen Schritt näher.“

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