Ingenieure und Wissenschaftler der University of Maryland (UMD) haben das bisher weltweit kleinste Schaltungselement für fluidische Schaltungen erfolgreich mit einem 3D-Drucker hergestellt. Zum Einsatz kam ein 3D-Druckverfahren namens in-situ direct laser writing (isDLW). Die Ergebnisse der US-Forscher könnten unter anderem dabei helfen die Organ-on-a-chip-Technologie weiter zu verbessern.

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Ein Ingenieur-Team der University of Maryland (UMD) hat das bisher kleinste fluidische Schaltungselement aus einem 3D-Drucker entwickelt. Fluidische Schaltungen sind ähnlich wie elektrische Schaltungen, wo verschiedene Komponenten einer Leiterplatte gesteuert werden und den Fluss von Fluid/Strom steuern. Sie werden in Medizinprodukten verwendet, die Medikamente liefern und den Blutfluss steuern, aber sie finden sich auch in Organ/System-on-a-Chip-Modellen, die zur Erforschung neuer Behandlungsmethoden für verschiedene Krankheiten eingesetzt werden.

Heutzutage werden die meisten Medikamente an Organ-on-a-Chip-Modellen getestet, die menschliche Reaktionen simulieren, bevor sie es in die Praxis umsetzen. Die aktuellen Forschungen der US-Wissenschaftler aus Maryland könnten zu technologischen Fortschritten auf dem Gebiet der Organ-on-a-Chip-Technologie führen. Veröffentlicht wurde die Forschungsarbeit unter im Science Report unter dem Titel „Geometric Determinants of In-Situ Direct Laser Writing„.

in-situ Direct Laser Writing der University of Maryland (isDLW)
Das in-situ Direct Laser Writing (isDLW) der University of Maryland (Bild © University of Maryland/nature.com).

Wie genau die Reaktionen eines Systems auf einem Chip sind, hängt davon ab, wie gut das Modell das zu simulierende System nachahmt, was etwas davon abhängt, wie gut Geometrie und Maßstab übereinstimmen. Im Allgemeinen ist ein System-on-a-Chip um Größenordnungen größer als sein wirkliches Gegenstück, einfach weil es unglaublich schwierig ist, Gefäße herzustellen, die so klein sind, wie sie in unserem Körper existieren. Aber die UMD-Ingenieure hat eine Methode gefunden, um schnell und kostengünstig strömungstechnische Schaltungen mit 3D-Druck herzustellen, die so klein sind, dass sie auf die Breite eines menschlichen Haares passen.

Als 3D-Druckverfahren verwenden die Wissenschaftler in-situ direct laser writing (isDLW), bei dem „ein Tropfen Immersionsöl zwischen die Objektivlinse und den Boden des Glassubstrats eingebracht wird, um den Fokusweg des Lasers aufrechtzuerhalten“, heißt es in einer Pressemitteilung der Universität. Alle Mikrostrukturen wurden in einem „Ceiling to Floor“, Punkt für Punkt, Schicht für Schicht gedruckt.“ Es ist ein ziemlich komplexer Prozess, aber kurz gesagt, sie haben mit einem 3D-Drucker eine Diode in einem Kanal gedruckt, der zuvor ebenfalls mit 3D-Druck entstand, indem sie ein Photopolymer mit einem Femtosekundenlaser aushärten.

Die Größe der Strömungskreise ist von entscheidender Bedeutung. Das Direct Ink Writing (DIW) basiert auf Extrusion und konnte keine Merkmale unter 100 Mikron erzeugen.

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