Ein völlig neues Mikronanobearbeitungskonzept fördert die Skalierbarkeit und kontinuierliche Bearbeitung der Partikelherstellung und Montage in Mikrofluidsystemen. Wissenschaftler der Technischen Universität Aachen in Deutschland haben mit der 2PP 3D-Drucktechnologie von Nanoscribe einen neuen Prozess zur Herstellung von ultrakleinen, beliebigen 3D-Partikeln entwickelt und demonstriert. Der Druckprozess zeigt eine kontinuierliche Herstellung von 150.000 Partikeln in 72 Stunden. 2PP-Technologie (2)Photonenpolymerisation, TPP)Die hohe Konstruktionsfreiheit, die hohe Formgenauigkeit und die Flexibilität der Materialien ermöglichen die Herstellung von Partikeln mit verschiedenen Formen, Mikronengrößen, Submikronencharakteristiken und verschiedenen Materialien. Die Studie zielt darauf ab, diese Methode der Partikelmontage in Anwendungen der Zellgewebentechnik anzuwenden und das Umfang der Herstellung von selbstregulierenden, reaktiven und durchdringbaren 3D-Stützen zu erweitern.

Millimeter- und Mikropartikel können flexibel auf die für chemische und biochemische Reaktoren erforderlichen Ständer eingesetzt werden. Bioreaktoren, die zur Fixierung und Analyse von Enzymen, Zellen oder Mikroorganismen auf der Oberfläche der inneren Struktur des Reaktors verwendet werden, sind entscheidend für ihre Leistung, wenn sie die Eigenschaften von Partikeln anpassen können, die die Eigenschaften der Bioreaktion beeinflussen. Um diese Anwendung zu erweitern, haben Wissenschaftler der RWTH Aachen Universität und des DWI-Leibniz Instituts für Interaktive Materialien in Aachen ein neues Mikronanobearbeitungskonzept für die Doppelphotonen-kontinuierlich vertikale Flussphotografie vorgeschlagen, das die Mikronanobearbeitung von Partikeln mit komplexen Formen, Mikronengrößen und Submikronencharakteristiken ermöglicht, so dass Partikel mit einer Größe von etwa 20 μm unter Wechselwirkung mit der Oberfläche selbstmontierbare 3D-Stütze erstellen können. In der Studie analysierten die Wissenschaftler auch den Penetrationswiderstand und die Stapeldichte von 3D-Komponenten mit einer Vielzahl von Partikelformen, Größen und Materialien.

Der Schlüssel liegt in der Dual-Photonen-Polymerisation (2PP) Technologie für Nanoscribe-Druckgeräte. Während Doppelphotonen auf der xy-Ebene scannen, übertragen flüssige Harzströme kontinuierlich gedruckte xy-Schnitte entlang der z-Richtung. Sobald ein Partikel fertig ist, wird das nächste Partikel während eines kontinuierlichen Druckprozesses auf die gleiche Weise hergestellt. Mit der DeScribe-Software von Nanoscribe und phyton-Skripten können Sie die Ausgabedateien anpassen, um verschiedene Designs mit komplexen Geometrien zu schneiden und für den Flüssigkeitsdruck vorzubereiten. Der Flüssigkeitsdruckprozess ist kontinuierlich, so dass Tausende von Partikeln in Stunden hergestellt werden können und bis zu 150.000 Partikel in 72 Stunden gedruckt werden können. Auf der Grundlage der großen Konstruktionsfreiheit des 2PP 3D-Druckers* können Partikel in jeder Form hergestellt werden. Der Flussdruck von Partikeln hat im Vergleich zum Substratdruck einen offensichtlichen Vorteil, aber die Herstellung eines nach dem anderen Partikels ohne Wartezeit zwischen den beiden Partikeln ist möglich. Beim Schichtdruck umgeht das Flussdruckverfahren auch die z-Bewegung des Trägers, da es der Fluss ist, der die xy-Schnitte in z-Richtung überträgt. Der Flussdruck stellt daher eine höhere Geschwindigkeit bei der Herstellung kleiner, komplexer Formpartikel dar.

Partikelmontage für 3D-Bio-Hybrid-Gewebe

Partikel kleiner als 100 μm können nach der Selbstmontage komplexe Zellständer bilden, deren Reaktionseigenschaften bei der Anpassung von Partikelform, Größe, Porosität und Materialeigenschaften angepasst werden können. Diese hohe Flexibilität eignet sich hervorragend für die Schaffung von Stützen für Zellkulturen und Gewebetechnik. Die Anpassung der Partikelgeometrie beeinflusst das Oberflächenvolumenverhältnis und passt die Flüssigkeitsdynamik durch und um die Struktur an. Die Kontrolle der Partikelgewebe-Prozesse bleibt jedoch eine Herausforderung bei der Anwendung von Flow-Self-Assembly-Produktionsstützen.

Um 3D-Bio-Hybrid-Gewebe zu untersuchen, untersuchten die Wissenschaftler die Wechselwirkung von Mäusenfibrozytenkulturen mit Partikeln, die mit Nanoscribe zytotoxischer IP-Vision Photogravure gedruckt wurden, die eine niedrige Fluoreszenz hat, um die Zellanalyse besser unter dem Mikroskop durchzuführen. Nach vier Tagen der Kultivierung vermehrten sich die Zellen kontinuierlich in Wechselwirkung mit dem gedruckten Stent und klebten an und infiltrierten den Stent und verbindeten die Partikel miteinander, um eine neue Gewebeform zu bilden.

Referenzen:

Herstellung, Flussmontage und Durchlässigkeit von mikroskopischen Partikeln jeglicher Form