Home Forschung & Bildung FEMTOprint entwickelt 3D-Drucklösung für mikrofluidische Tröpfchenchips

FEMTOprint entwickelt 3D-Drucklösung für mikrofluidische Tröpfchenchips

In Zusammenarbeit mit dem Galatea Lab, Instant Lab und dem Jules-Gonin Ophthalmic Hospital entwickelte das Schweizer High-Tech-Unternehmen FEMTOprint nun eine neue Innovation für die Med-Tech-Industrie: 3D-gedruckte Glasformen für mikrofluidische Tröpfchenchips.

Bereits seit seiner Gründung im Jahr 2013 beschäftigt sich das in der Schweiz ansässige High-Tech-Unternehmen FEMTOprint mit dem 3D-Druck von Mikrogeräten aus Glas und anderen transparenten Materialien. Im vergangenen Winter schloss sich das Unternehmen nun mit dem Galatea Lab, Instant Lab sowie dem Jules-Gonin Ophthalmic Hospital zusammen, um mit dem Einsatz von 3D-Drucktechnologien eine neue Innovation für die Med-Tech-Industrie zu schaffen.

Nach einiger Zeit entschloss sich FEMTOprint dazu, seine 3D-Druck-Fähigkeiten einzusetzen, um Glasformen für mikrofluidische Tröpfchenchips 3D zu drucken. Der Einsatz dieser Technologie ist nicht nur effizient, ebenso kann diese die experimentellen Fähigkeiten der genannten Chips erhöhen. Im Rahmen einer momentan stattfindenen Fallstudie untersuchen Forscher des Leibniz-Instituts für Naturstoffforschung und Infektionsbiologie (Leibniz HKI) in Deutschland diese medizinische 3D-Druck-Innovation.

Droplet-Trapping-Chip für längere Beobachtung und Bildgebung, einschließlich unterschiedlich geformter Kammern unterschiedlicher Tiefe.

„Wir arbeiten seit mehr als zwei Jahren mit FEMTOprint zusammen, da wir in ihrer Technologie Potenzial sehen, dass sich die Möglichkeiten unserer mikrofluidischen Strukturdesigns erweitern“, sagte Miguel Tovar mit dem Leibniz HKI und dem Hans Knöll Institut. „Sie bieten die beste Methode für die Herstellung von 3D-Strukturen mit mikrometrischer Auflösung, ohne dass unüberwindbare Lohn- oder Zeitwände erforderlich sind. Im Gegenteil, sie sind ein zusätzliches Teammitglied geworden. Wir freuen uns auf weitere Kooperationen.“

Um dieses Vorhaben zu realisieren schlossen sich Forscher und Wissenschaftler des des Leibniz-Instituts HKI, der Friedrich-Schiller-Universität, der Technischen Universität Ilmenau, FEMTOprint und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik (Fraunhofer IOF) zusammen. Im Rahmen dieser Kooperation kam FEMTOprints innovative Glas-3D-Drucktechnologie zum Einsatz, um 3D PDMS (Silikonkautschuk) Chips herzustellen. Durch den direkten Schreibporzess von FEMTOprints Technologie ist es möglich mikrofluidische Designs mit unterschiedlichen Ebenen, sich ständig ändernden Höhen und komplexen 3D-Formen sowie submikrometrischer Auflösung 3D zu drucken.

Produktion eines PDMS-Chips aus 3D-Glasformen.
(a) Konstruktion eines 3D-CAD-Modells.
(b) Herstellung einer Glasmasterform mit Femtosekundenlaserbearbeitung.
(c) Softlithographische Herstellung einer PDMS-Form (blau) aus der Glasmasterform.
(d) Plasmabinden des PDMS-Stempels mit einem Objektträger.

Diese neue Methode zur Herstellung von Strukturen im Ausmaß von 15 μm bis zu Hunderten von Mikrometern in allen Dimensionen eröffnet nun neue Möglichkeiten in der Industrie und gilt als die momentan einfachste. Die in dieser Forschung 3D-gedruckten Glasformen vereinen 192 Düsen mit einem Design von 25 mm Länge und 4 mm Breite, einschließlich aller Ein- und Auslässe, die monodisperse Tröpfchen von ø70 μm erzeugen. Ebenso ist es möglich dieses Design auf Maße bis zu 1.000 Düsen und einer 6,5 cm Struktur zu skalieren.

Unter dem Titel 3D-Glasformen für die einfache Herstellung von mikrofluidischen Chips mit komplexen Tröpfchen“ wurde diese Forschungsarbeit bereits in der Zeitschrift Biofabrication veröffentlicht. In einem Auszug heißt es:

„Um das immense Potenzial der Mikrofluidik zu nutzen, ist es notwendig, den Prozess des Chipdesigns und der Chipherstellung zu vereinfachen. Während das Replizieren von Polydimethylsiloxanen (PDMS) den Prozess der Chipherstellung stark revolutioniert hat, hat seine Abhängigkeit von der 2D-limitierten Photolithographie die Designmöglichkeiten sowie die weitere Verbreitung von Mikrofluidik in nicht spezialisierten Labors eingeschränkt. Um diese Einschränkungen zu umgehen und gleichzeitig die Fertigung straighforward zu halten, führen wir einen Ansatz ein, um komplexe Multi-Height (3D) -Tropfen mikrofluidische Glasformen und anschließende Chip-Produktion durch PDMS-Replica-Formen zu erzeugen.”

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Michelle absolvierte im März 2018 erfolgreich die Lehrabschlussprüfung für den Beruf Medienfachfrau im Bereich Marktkommunikation und Werbung. Schon früh entdeckte sie ihre Leidenschaft für das Schreiben und war bereits zwei Jahre lang als Praktikantin bei einem Wiener Online-Magazin tätig. In ihrer Freizeit beschäftigt sich die gebürtige Wienerin gerne mit grafischer Gestaltung und Umweltschutz.