McAlpine Research Group 3D-druckt Prototypen eines bionischen Auges

Indem sie erfolgreich optoelektronische Bauelemente mit Polymer-Photodetektoren auf einer halbkugelförmigen Oberflächen 3D-drucken, machte die McAlpine Research Group von der University of Minnesota (UMN) nun einen bedeutenden Schritt in Richtung bionische Augen.

Gegründet wurde die McAlpine Research Group von Associate Professor of Mechanical Engineering Michael C. McAlpine. Das Ziel hinter dieser Forschungsgruppe ist die Untersuchung von additiver Fertigung, Elektronik und Biologie-Integration auf nur einer Plattform. In vorher gegangenen Projekten wurden unter anderem bereits ein Prototyp eines 3D-gedruckten lebenden Zellgerüsts für Rückenmarksverletzungen, 3D-gedruckte temporäre Tattoos für potenzielle Heilungsanwendungen oder auch ein fortschrittlicher 3D-Drucker, welcher Soft-Roboter erzeugen kann, entwickelt.

Im Rahmen des neuesten Projekts möchten McAlpine und sein Forscherteam nun bionische Augen-Prototypen 3D-drucken.

“Bionische Augen werden gewöhnlich als Science Fiction betrachtet, aber jetzt sind wir näher dran als je zuvor mit einem Multi-Material-3D-Drucker,” sagte kommentiert McAlpine.

Inspiriert wurde der Forschungsleiter zu diesem Vorhaben durch seine eigene Mutter, welche ihre Sehkraft auf einem Auge verlor. Um den 3D-Druck auf halbkugelförmigen Oberflächen zu testen, nutzten die Forscher ihren Extrusions-basierenden 3D-Drucker. Mit einer Basistinte aus silbernen Nanopartikeln wurde ein erster Test-Druck auf einer halbkugelförmigen Glaskuppel durchgeführt. Nach dem 3D-Druck hielt die Farbe erfolgreich auf ihrem Platz und trocknete gleichmäßig, ohne dabei in die Kuppel zu versickern.

Nachdem dieser Test erfolgreich von Statten ging, nutzten die Forscher ihren 3D-Drucker, um Hochleistungs-Photodetektoren auf Polymerbasis, welche Licht in Elektrizität umwandeln, auf ein PET-Film-Substrat innerhalb der Glaskuppel 3D zu drucken. Die Detektoren sind in Bildaufnahmefelder mit hoher Empfindlichkeit und großem Sichtfeld integriert.

Nach Aussage von McAlpine ist dieser Prozess 25% effizienter als mikrogefertigte Halbleiter und nimmt nur knapp eine Stunde in Anspruch. Weiters erklärt der Forscher, dass 3D-Mikrofertigungstechniken wie diese künftig der Schlüssel für den 3D-Druck von optoelektronischen Bauelementen mit optimaler Designflexibilität und damit einhergehend von tragbaren sowie 3D-strukturierten Optoelektroniken sein können.

Um einen Schritt weiter in Richtung bionische Augen zu machen, plant die McAlpine Research Group nun die Entwicklung eines Prototypen mit mehr Lichtrezeptoren sowie verbesserter Effizienz. Auch möchten die Forscher den 3D-Druck auf weichen, hemisphärischen Materialien, welche in ein echtes Augen implantiert werden können, untersuchen.

“Wir haben noch einen langen Weg vor uns, um aktive Elektronik zuverlässig zu drucken, aber unsere 3D gedruckten Halbleiter beginnen jetzt zu zeigen, dass sie mit der Effizienz von Halbleitern, die in Mikrofertigungsanlagen hergestellt werden, mithalten können”, erklärt McAlpine.

Publiziert wurde diese Forschung bereits unter dem Titel “3D Printed Polymer Photodetectors” in der Zeitschrift Advanced Materials.