3D-gedruckter Ionisator soll Massenspektrometer kostengünstig machen

Forscher am MIT haben eine kritische Komponente für Massenspektrometer im 3D-Druck hergestellt – einen leistungsstarken, aber dennoch günstigen Ionisator. Die additive Fertigung ebnet den Weg für kompakte Spektrometer zur Vor-Ort-Analyse.

Für Menschen mit chronischen Krankheiten wären mobile Massenspektrometer zur Überwachung von Hormonspiegeln oder anderen Biomarkern hilfreich. Allerdings können herkömmliche Geräte mehrere Hunderttausend Dollar kosten, weshalb aufwändige Labortests nötig sind.

“Unsere Vision ist es, die Massenspektrometrie dezentral verfügbar zu machen – mit schuhkartongroßen Geräten zur Heimnutzung”, erklärt MIT-Forscher Luis Fernando Velásquez-García. “Dafür muss die Hardware kostengünstig sein.”

Velásquez-García und sein Team haben dafür einen Ionisator mittels Binder-Jetting-Verfahren aus Metall 3D-gedruckt. Dabei wird Material pulverförmig aufgetragen und lokal mit Bindemittel verfestigt.

Die nur wenige Zentimeter großen Bauteile lassen sich so in Serie fertigen und günstig in Massenspektrometer integrieren – eine Option zur automatisierten Endmontage. Im Gegensatz zu teureren Reinraum-Techniken erlaubte der 3D-Druck zudem gezielte Formoptimierungen.

So nutzten die Forscher gezielt Material-Verdunstung, um einen höheren Anteil geladener Moleküle im Probenstrahl zu erreichen. Auch die Form der Gegenelektrode wurde für höhere Spannungen angepasst, was die Ionisation weiter verbesserte.

Das Ergebnis: Der 3D-gedruckte Ionisator lieferte mehr als doppelt so hohe Signal-Rausch-Verhältnisse wie kommerzielle Bauteile. Velásquez-García sieht enormes Potenzial für die massenhafte Herstellung: “Mit 3D-Druck können wir Menschen befähigen, die Hardware für ihren Alltag selbst zu fertigen.”

Als nächstes wollen die Forscher einen Prototyp mit bereits zuvor 3D-gedruckten Massenfiltern aufbauen. Vakuumpumpen für den Unterdruck stellen bislang noch eine Hürde dar.