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3D-gedruckte multifunktionale Mikrogeräte für Wasseraufbereitung

Um sauberes Wasser in die Welt zu bringen, sind bessere Prozesse erforderlich. Forscher aus der Schweiz und Italien erläutern die Vorteile von fortschrittlichen Reinigungsgeräten in „Magnetically navigable 3D printed multifunctional microdevices for environmental applications“.

Verschmutztes Wasser und Bakterien können zu schweren Krankheiten führen, die für den Menschen tödlich sind, wie Cholera und Ruhr. Andere Umweltverschmutzungen können in bestimmten Gebieten zu Krebs führen.

Die Autoren haben einen 3D-gedruckten mikrorobotischen Prototyp erstellt, der Schadstoffe aufspüren und Bakterien abtöten kann. Von Mikrometern bis Millimetern können die kleinen Maschinen kostengünstig und schnell hergestellt werden – und die Serienfertigung ist problemlos möglich. Die mittels SLA-3D-Druck hergestellten Mikrogeräte wurden mit einer Magnetschicht (bestehend aus Silber) hergestellt, die aufgrund eines kontrollierenden Magnetfelds eine Fernwirkung ermöglicht. Die Mikrovorrichtungen wurden auch mit einem Silber/Titandioxid-Verbund beschichtet.

„Die biozide Aktivität von Silber und die photokatalytischen Eigenschaften von Titandioxid können in einem Verbundmaterial kombiniert werden, um integrierte Wasserreinigungsfunktionen zu erzielen, wie in der neueren Literatur für chemisch aufgedampfte Schichten gezeigt wurde“, so die Autoren. „Um Silber und Titandioxid auf derselben Plattform zu kombinieren, ist die elektrochemische Co-Abscheidung die attraktivste Methode, da sie das einfache und kostengünstige Auftragung von Dispersionsbeschichtungen aus Metallmatrizen mit eingebetteten keramischen Mikro- oder Nanopartikeln ermöglicht.“

Die für diese kleinen Geräte verwendete Technik wird als „barrel plating“ bezeichnet. Sie ermöglicht es, eine Menge von Gegenständen in einen Behälter zu füllen und Elektrizität durch den Kontakt der Teile und des Behälters zu leiten. Die Teile wurden auf einem kommerziellen Stereolithographie-Gerät, Modell 028 J Plus, hergestellt von Digital Wax Systems (DWS), mit einem Harz auf Urethanacrylatbasis (DL260 by DWS) bedruckt, das mit 20% m/m Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Pulver gefüllt war. Während die Beschichtungen als „weniger konform als ihre stromlosen Gegenstücke“ eingestuft wurden, fanden die Forscher sie für die Wasserreinigung mit photokatalytischer und antimikrobieller Aktivität geeignet.

„Die in der vorliegenden Arbeit erhaltenen Mikroroboter können bei der Wasserreinigung in kleinen Wasserreservoirs und -kanälen Anwendung finden, möglicherweise mit einem vergrößerten magnetischen Betätigungsaufbau“, folgerten die Forscher. „Darüber hinaus können die Geräte zur Bakterienbekämpfung auch in Gegenwart von Säugetierzellen eingesetzt werden. Diese Tatsache legt eine mögliche Verwendung auch im menschlichen Körper nahe. Zusammenfassend sind sie attraktiv für Anwendungen, bei denen eine Kombination aus antimikrobiellen und photokatalytischen Funktionen erforderlich ist, die auch einzeln in sehr lokaler und präziser Weise ausgeführt werden müssen.“

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