Neues 3D-Druckverfahren Sonolithografie – Forschende stellen Ultraschall-3D-Druckverfahren vor

Redakteur: Stefan Guggenberger

Die Sonolithografie setzt nicht auf Laser oder Extruder, sondern auf Ultraschall. Das berührungslose Verfahren soll zunächst für Bioprinting eingesetzt werden, zukünftig könnte es aber auch für andere Industrie relevant sein.

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Bei der Sonolithografie werden feine Aeorosole durch ein Ultraschallfeld in Form gebracht.
Bei der Sonolithografie werden feine Aeorosole durch ein Ultraschallfeld in Form gebracht.
(Bild: University of Bristol)

Forschende der University of Bath und der University of Bristol haben in einem gemeinsamen Projekt ein neues 3D-Druckverfahren für Bioprinting entwickelt. Das Besondere an dem Verfahren ist, dass es akustische Energie nutzt.

Die sogenannte Sonolithografie nutzt computergesteuerte Ultraschallwellen, um Partikel und Tröpfchen präzise in vorgegebenen Mustern auf einem Substrat abzusetzen. Mit dem Verfahren können feine Aerosole ohne physische Berührungen gesteuert und in Form gebracht werden. Die Forschenden streben mit der Technologie Anwendungen im Bereich des Bioprintings an: Mit Sonolithografie soll es möglich sein, Tissue Engineering zu betreiben, also menschliches Gewebe zu bilden. Außerdem könnte damit die Verabreichung von Medikamenten gesteuert oder Wundheilungsprozess unterstützt werden.

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Berührungslose Strukturierung von Zellen

Jenna Shapiro, Hauptautorin der Studie, erklärt: "Die Sonolithographie ermöglicht eine schonende, berührungslose und schnelle Strukturierung von Zellen und Biomaterialien auf Oberflächen. Das Tissue Engineering kann Bioprinting nutzen, um definierte Strukturen aus Zellen und Materialien aufzubauen.“

Das neue Verfahren baut zunächst auf dem bereits bekannten Ansatz auf, dass Aerosole mithilfe von Ultraschall in eine Art Schwebezustand versetzt werden können. Für ein funktionales 3D-Druckverfahren müssen die feinen Tröpfchen aber auch steuerbar sein. Dieses Element konnten die Wissenschaftler durch die Überlagerung mehrerer Ultraschallwellen hinzufügen.

Im Rahmen der Studie ist es gelungen Aerosole im Bereich von 5 bis 20 Mikrometern (Partikelgröße) zu steuern. Diese Präzision könnte in Zukunft der Schlüssel dazu sein, mit der Technologie menschliches Gewebe zu erzeugen. Außerdem soll der Ansatz eine hohe Materialflexibilität erlauben. Bisher wurden unter anderem Tinte, Sand, Proteine und sogar Säugetierzellen erfolgreich mit Sonolithografie in Form gebracht.

Zukünftige Anwendungen: von Gewebe bis zu Elektronik

Laut Shapiro liegt der Fokus der Weiterentwicklung zunächst darauf, die Kontroll- und Steuerungssysteme der Sonolithografie zu verbessern. Die Steuerung soll dynamischer werden und Änderungen am Ultraschallfeld in Echtzeit erlauben. Gerade bei der Herstellung von weichen sowie biologischen Strukturen wäre diese Funktion vorteilhaft und würde es ermöglichen, Mikrostrukturen schnell herzustellen und flexibel anzupassen. Sobald die Feinsteuerung entsprechend einsatzfähig ist, wollen die Forschenden das Verfahren zur Herstellung von Säugetiergewebe im Kontext regenerativer Medizin einsetzen. Ein möglicher Einsatzzwecke könnte die Unterstützung bei Hautverletzungen sein.

Neben Anwendungen im Bereich des Bioprintings könnte die Sonolithografie auch für Elektronikapplikationen verwendet werden. Zum Beispiel könnten leitfähige Nanotinten für Schaltkreisverbindungen verdruckt werden. Darüber hinaus ist die Technologie theoretisch für Präzisionslackierungen und Sprühbeschichtungen geeignet.

Die komplette wissenschaftliche Studie zum Forschungsprojekt finden Sie hier.

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