Grenobler Wissenschaftler entwickeln neues Verfahren zum 3D-Drucken steuerbarer magnetischer Mikrostrukturen

Forscher der Universität Grenoble haben eine neue Methode zum 3D-Drucken von Mikrostrukturen mit verformbaren Magnetfeldern entwickelt.

Die neuartige Technik des Teams besteht darin, magnetische Mikroperlen zu einem Standard-3D-Druckobjekt mit Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) hinzuzufügen. Durch die präzise Anpassung der Eigenschaften dieser winzigen Materialien sowie der Ausrichtung der Kügelchen gelang es den Wissenschaftlern, komplexe Nanopinzetten herzustellen, die nur mit einem externen Magnetfeld betrieben werden können.

Auf der Grundlage ihres neuen Verfahrens glauben die Forscher, dass es auch möglich sein könnte, verbesserte Mikroaktuatoren oder sogar magnetisch gepolte Hydrogele für die Verabreichung von Medikamenten zu entwickeln.

Nano-3D-Drucktechnologien bieten eine ausgezeichnete Vielseitigkeit in Bezug auf Materialkompatibilität und Formflexibilität, was ihren Einsatz in einer Vielzahl von medizinischen und mikrofluidischen Anwendungen ermöglicht hat. In der jüngsten Forschung haben Wissenschaftler nun begonnen, einen neuen Ansatz für die Nanofabrikation zu verfolgen, indem sie die Möglichkeit prüfen, 3D-Druckstrukturen durch einen externen Stimulus zu modifizieren.

Um ein Objekt zu erzeugen, das in der Lage ist, komplexe Bewegungen auszuführen, müssen Hochleistungsmagnete in das Objekt integriert werden, aber der 2PP-Prozess ist darauf angewiesen, dass der Photoresist für den Laser transparent bleibt. Aus diesem Grund haben verschiedene frühere Forscher versucht, die magnetischen Nanopartikel entweder zu verdünnen, in dünne Filme aufzutragen oder sie in eine gedruckte Form zu füllen.

Leider ist bei vielen dieser Ansätze die Menge des magnetischen Materials, das in das Objekt eingebracht werden kann, begrenzt, was die Stärke, die sie erreichen können, reduziert. Darüber hinaus wirkt sich eine Änderung der Eigenschaften des Materials auch auf seine Transparenz aus, was es mit dem 2PP-3D-Druck und magnetisch dotierten Polymeren inkompatibel macht.

Um diese Einschränkungen zu überwinden, fügten die Wissenschaftler aus Grenoble einer weichen, unmodifizierten Mikrodruckstruktur einzelne magnetische Mikroperlen hinzu. Durch die präzise Anpassung der Magnetisierung jeder Perle vor dem Verkleben stellte das Team fest, dass sie in der Lage waren, verschiedene Stufen der Fernbetätigung wie Verschiebung, Drehung und kontrollierte Verformung zu erreichen.

Das Team schuf seine Mikrostruktur mit Hilfe eines DLB-Verfahrens (Direct Laser Bonding), bei dem es polykristalline Mikroperlen zufällig in einem UV-härtbaren Polymersubstrat verteilte. Während des Prozesses geht der Laser des 3D-Druckers vom Objekt zum Kügelchen und härtet dabei den Fotolack aus. Es hat sich herausgestellt, dass diese Technik eine besonders starke Bindung ergibt, die in der Mitte des Objekts am effektivsten ist.

Die Ergebnisse der Forscher sind in ihrer Arbeit mit dem Titel “Fabrication and Magnetic Actuation of 3D‐Microprinted Multifunctional Hybrid Microstructures” ausführlich beschrieben. Die Studie wurde von Victor Vieille, Roxane Pétrot, Olivier Stéphan, Guillaume Delattre, Florence Marchi, Marc Verdier, Orphée Cugat und Thibaut Devillers verfasst.