Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Medtec 2016: Mehr Möglichkeiten für die personalisierte Medizin durch additive Fertigung

07.04.2016

Fraunhofer-Forscher haben ein besonders flexibles additives Fertigungsverfahren entwickelt, mit dem sich Knochenimplantate, Zahnersatz, chirurgische Werkzeuge oder Mikroreaktoren in nahezu beliebigem Design herstellen lassen. Auf der Medizintechnikmesse Medtec in Stuttgart zeigen die Wissenschaftler aus Dresden ihre aktuellen Forschungsergebnisse.

Die kleine Arzneimittelfabrik neben dem Patientenbett ist nicht größer als ein Zwei-Euro-Stück. Ihre Leitungen und Kanäle sind nur wenige hundert Mikrometer groß. Sie mischt verschiedene Medikamente wie Schmerzmittel, Blutverdünner und Antibiotikum zusammen – kontinuierlich und exakt abgestimmt auf den aktuellen Gesundheitszustand des Patienten.


Schnitt durch einen additiv gefertigten keramischen Mikroreaktor: Die komplexe Kanalführung sowie die fluidischen Anschlüsse am oberen Ende wurden mit dem Bauteil ausgedruckt.

Ein Zukunftsszenario moderner Mikroreaktionstechnik, das es heute so in Krankenhäusern noch nicht gibt. Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden arbeitet daran, dass sich das in naher Zukunft ändert.

Die Dresdner Forscher setzen auf suspensionsbasierte, additive Fertigungsverfahren und deren Kombination mit anderen Produktionsmethoden, um Mikroreaktoren, aber auch Knochenimplantate, Zahnersatz oder chirurgische Werkzeuge herzustellen. Auf der Medtec in Stuttgart präsentieren sie einen technologischen Ansatz, mit dem sich medizinische Bauteile in nahezu jedem beliebigen Design im 3D-Druck fertigen lassen.

»Wir sind weder bei der Art noch bei der Farbe des Materials der gewünschten Bauteile limitiert. So lassen sich Keramiken, Gläser, Kunststoffe oder auch Metalle über thermoplastischen 3D-Druck verarbeiten. Ein weiterer Vorteil: Mehrere verschiedene Materialien können gleichzeitig gefertigt werden«, schildert Dr. Tassilo Moritz vom IKTS-Geschäftsfeld »Werkstoffe und Verfahren«.

Auf ihrer Laboranlage haben die Wissenschaftler bereits Bauteile aus Hochleistungskeramiken und Hartmetallen erfolgreich hergestellt. Jetzt suchen sie Partner, um ihre Technologie in die Praxis zu bringen.

Der Multimaterialansatz ist beispielsweise in der Chirurgie wichtig: Endoskope verfügen oft über ein Instrument, das Gewebe zunächst aufschneidet, Blutgefäße aber sofort wieder über elektrischen Stromfluss verschließt. Damit der Strom nicht den Patienten belastet, muss das Instrument neben Edelstahl auch isolierende keramische Bauteile besitzen. »Keramische Werkstoffe sind häufig gut für medizinische Geräte und Bauteile geeignet. Keramiken sind verschleißbeständig und lassen sich gründlich reinigen«, erklärt Moritz.

Die Mischung macht‘s

Für ihr additives Fertigungsverfahren nutzten die Forscher ihr Know-how bei keramischen Materialien und Verfahrenstechniken. Kern ihrer Technologie ist die optimale Aufbereitung von keramischen oder metallischen Suspensionen. Die Mischungen basieren auf einem thermoplastischen Binder, der bereits bei Temperaturen um 80 Grad Celsius flüssig wird. Das ist bei der additiven Fertigung entscheidend, damit sich die Suspensionen rasch abkühlen und eine Schicht nach der anderen übereinander gelegt werden kann. In diesem Binder verteilen sie fein Pulverteilchen aus Metall, Glas oder Keramik.

»Wir mischen sehr homogen und stellen die optimale Viskosität exakt ein. Nur so gibt der Drucker die für die jeweilige Bauteilkontur geeignete Tröpfchengröße ab. Wir dürfen weder zu flüssig noch zu pastös mischen. Dafür muss man die Aufbereitungstechnik entsprechend beherrschen«, sagt Moritz. Durch die elektrisch erzeugte Temperatur im Drucker wird die Suspension aufgeschmolzen. Nach der Ablage härten die Tröpfchen durch schnelle Abkühlung sofort aus. Das Werkstück baut sich dann auf einer ebenen Plattform Punkt für Punkt auf. Dabei können verschiedene Materialien über mehrere Auftragsaggregate parallel aufgebracht werden.

»Eine weitere Herausforderung besteht darin, das Verhalten der verschiedenen Suspensionen bei der anschließenden Sinterung der Bauteile so aufeinander anzupassen, dass dies defektfrei erfolgt«, erklärt Moritz. »Wir modifizieren dafür die Ausgangspulver durch spezielle Mahlprozesse.« Beim Sintern erhitzen sich feinkörnige keramische oder metallische Stoffe unter Druck. Die Temperaturen der Stoffe bleiben dabei so niedrig, dass sich die Gestalt des Werkstücks nicht verändert.

Neue Möglichkeiten für die Mikroreaktionstechnik

Für die Mikroreaktionstechnik aus keramischen Bauteilen erhofft sich Moritz viel von den neuen Möglichkeiten. Denn bisher verhinderte die Fertigungstechnik den Durchbruch der Miniatur-Chemiewerke. Ihr Einsatz war vor allem auf Forschungslabore beschränkt. Das könnte sich ändern. »Wir können keramische Bauteile jetzt anwendungsgerecht und nicht mehr fertigungsgerecht bauen«, sagt der promovierte Werkstoffwissenschaftler. »Bislang wurden keramische Mikroreaktoren zumeist aus Platten gefräst. Innere und äußere Abdichtung stellten dabei immer eine technologische Herausforderung dar. Außerdem gab es das Problem passender Anschlüsse. Diese druckt man jetzt einfach zusammen mit dem keramische Bauteil in beliebiger Form aus.« Davon profitieren nicht nur Ärzte, sondern auch Pharmazeuten und Chemiker. Sie verarbeiten meist sehr teure oder gefährliche Stoffe. »Hier zunächst mit möglichst kleinen Mengen in einem Mikroreaktor zu arbeiten, ist günstiger und sicherer«, sagt Moritz.

Weitere Informationen:

http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2016/april/mehr-moeglichk...

Tobias Steinhäußer | Fraunhofer-Gesellschaft

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Der Roboter als „Tankwart“: TU Graz entwickelt robotergesteuertes Schnellladesystem für E-Fahrzeuge

Eine Weltneuheit präsentieren Forschende der TU Graz gemeinsam mit Industriepartnern: Den Prototypen eines robotergesteuerten CCS-Schnellladesystems für Elektrofahrzeuge, das erstmals auch das serielle Laden von Fahrzeugen in unterschiedlichen Parkpositionen ermöglicht.

Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge werden weltweit hohe Wachstumsraten prognostiziert: 2025, so die Prognosen, wird es jährlich bereits 25 Millionen...

Im Focus: Robots as 'pump attendants': TU Graz develops robot-controlled rapid charging system for e-vehicles

Researchers from TU Graz and their industry partners have unveiled a world first: the prototype of a robot-controlled, high-speed combined charging system (CCS) for electric vehicles that enables series charging of cars in various parking positions.

Global demand for electric vehicles is forecast to rise sharply: by 2025, the number of new vehicle registrations is expected to reach 25 million per year....

Im Focus: Der „TRiC” bei der Aktinfaltung

Damit Proteine ihre Aufgaben in Zellen wahrnehmen können, müssen sie richtig gefaltet sein. Molekulare Assistenten, sogenannte Chaperone, unterstützen Proteine dabei, sich in ihre funktionsfähige, dreidimensionale Struktur zu falten. Während die meisten Proteine sich bis zu einem bestimmten Grad ohne Hilfe falten können, haben Forscher am Max-Planck-Institut für Biochemie nun gezeigt, dass Aktin komplett von den Chaperonen abhängig ist. Aktin ist das am häufigsten vorkommende Protein in höher entwickelten Zellen. Das Chaperon TRiC wendet einen bislang noch nicht beschriebenen Mechanismus für die Proteinfaltung an. Die Studie wurde im Fachfachjournal Cell publiziert.

Bei Aktin handelt es sich um das am häufigsten vorkommende Protein in höher entwickelten Zellen, das bei Prozessen wie Zellstabilisation, Zellteilung und...

Im Focus: The “TRiC” to folding actin

Proteins must be folded correctly to fulfill their molecular functions in cells. Molecular assistants called chaperones help proteins exploit their inbuilt folding potential and reach the correct three-dimensional structure. Researchers at the Max Planck Institute of Biochemistry (MPIB) have demonstrated that actin, the most abundant protein in higher developed cells, does not have the inbuilt potential to fold and instead requires special assistance to fold into its active state. The chaperone TRiC uses a previously undescribed mechanism to perform actin folding. The study was recently published in the journal Cell.

Actin is the most abundant protein in highly developed cells and has diverse functions in processes like cell stabilization, cell division and muscle...

Im Focus: Arctic Ocean 2018 - Forscher untersuchen Wolken und Meereis in der Arktis

"Arctic Ocean 2018": So heißt die diesjährige Forschungsexpedition des schwedischen Eisbrechers ODEN in der Arktis, an der auch ein Wissenschaftler der Universität Leipzig beteiligt ist. Noch bis zum 25. September wollen die etwa 40 Forscher an Bord vor allem das mikrobiologische Leben im Ozean und im Meereis untersuchen und wie es mit der Wolkenbildung in der Arktis zusammenhängt.

Während der Fahrt durch die Arktis, die Ende Juli gestartet ist, sollen im Rahmen der Kampagne MOCCHA 2018 (Microbiology-Ocean-Cloud-Coupling in the Hight...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

EEA-ESEM Konferenz findet an der Uni Köln statt

13.08.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung in der chemischen Industrie

09.08.2018 | Veranstaltungen

Herausforderung China – Wissenschaftler aus der ganzen Welt diskutieren miteinander auf UW/H-Tagung

03.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Weltkleinster Transistor schaltet Strom mit einzelnem Atom in festem Elektrolyten

13.08.2018 | Energie und Elektrotechnik

Your Smartphone is Watching You: Gefährliche Sicherheitslücken in Tracker-Apps

13.08.2018 | Informationstechnologie

Was wir von Ameisen und Amöben über Koordination und Zusammenarbeit lernen können

13.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics