Er verfügt über eine Auflösung von 27 Mikrometer, arbeitet nach dem Stereolithografie-Verfahren und stammt aus dem Hause Asiga: Der kürzlich angeschaffte 3-D-Drucker „Asiga Freeform Pico plus 27“ steht am Institut für Nano- und Biotechnologien (INB) für das Forschungsprojekt „OptoSwitch“ bereit. Forschungsteamleiter Dr. Torsten Wagner ist begeistert von der hohen Auflösung des 3-D-Druckers: „Eine Auflösung von 27 μm ermöglicht uns, auch feine Strukturen herzustellen.“ Seine Freude darüber will der 36-Jährige teilen – im wahrsten Sinne des Wortes: „Wir laden Kollegen und Kolleginnen der FH Aachen herzlich ein, den neuen 3-D-Drucker bei uns zu nutzen.“ Gerade in der Forschung sei es oft sinnvoll, vor der Fertigung eines Bauteils in der mechanischen Werkstatt schnell einen 3D-Prototypen zu erstellen – mit dem Freeform Pico kein Problem. Aber auch die Lehre kann davon profitieren. „Zusammen mit Herrn Prof. Dr. Konstantin Kotliar drucken wir gerade mathematische Funktionen als 3-D-Modelle. Das Ziel: Mathematische Funktionen in der Vorlesung einfacher (be)greifbar zu machen“, erklärt Dr. Wagner.
Doch wie funktioniert der neue 3-D-Drucker eigentlich? Die Methode der Stereolithografie bringt Licht ins Spiel: Es ist eine Drucktechnik, bei der aus einem Bad voll flüssigem Fotopolymer, also einem lichtaushärtendem Kunststoff, mittels Licht das gewünschte Objekt Schicht für Schicht ausgehärtet wird und somit gleichsam aus dem Bad herauswächst. Ein Verfahren, das vorwiegend in der Schmuckindustrie genutzt wird, um hoch filigrane Gussformen zu fertigen. Außerdem wird der 3-D-Drucker im Bereich der Medizintechnik gerne für die Fertigung von passgenauem Zahnersatz eingesetzt.
Labor im Mini-Format
Im Rahmen des Forschungsprojekts OptoSwitch hingegen stellen die Forscher um Dr. Wagner völlig neue Anforderungen an das Gerät: Es sollen dreidimensionale Mikrofluidiken aufgebaut werden, das sind winzige Kanalsysteme, in die minimale Flüssigkeitsmengen gepumpt werden können. Dr. Wagner erklärt: „Unser Forschungsprojekt OptoSwitch befasst sich mit der Entwicklung einer lichtadressierbaren Analyseplattform auf „Lab-on-Chip“-Basis. Dieses Analysesystem bündelt verschiedene Sensor- und Aktorfunktionen auf einem kleinen Chip, der nur wenige Quadratzentimeter misst. Mit einem einzigen Lichtimpuls können wir gezielt Funktionen auf diesem Chip aktivieren und auslesen.“ Ein Beispiel: Wenn in die Mikrofluidik-Kanäle ein Tropfen Flüssigkeit – beispielsweise Blut eines Patienten – gegeben wird, leitet das filigrane Kanalsystem die Flüssigkeit über den Chip genau an die Stellen, an denen Sensoren die Eigenschaften der Probe analysieren. Aber auch das Mischen, Verdünnen oder Aufkonzentrieren von Proben ist in solchen Mikrokanälen möglich. So lassen sich auch komplexe analytische Verfahren voll automatisiert auf einem einzigen Chip realisieren.
“Spot on“ für die personalisierte Medizin
Der Vorteil dieses Fluidik-Systems: Für die Messung werden nur geringe Probenvolumina benötigt – es genügt beispielsweise ein einziger Tropfen Blut. Besonders rechnet sich das bei der Untersuchung von Zellen. „Gemeinsam mit Prof. Dr. Manfred Biselli vom Fachbereich Chemie- und Biotechnologie bringen wir Zellen in diese Mikrofluidik ein und beobachten ihre Reaktion auf einzelne Stoffe“, führt Dr. Wagner weiter aus. Dabei hat er insbesondere das Anwendungsgebiet der personalisierten Medizin vor Augen. Tumorzellen eines Patienten könnten beispielsweise in das Fluidik-System des Chips gegeben werden und ihre Reaktion auf unterschiedliche Chemotherapeutika untersucht werden. So erhalten Krebspatienten von Anfang an die für sie optimale Zusammensetzung von Medikamenten – und somit eine individuelle Chemotherapie.
Eine Zukunftsperspektive, die auch das Bundesministerium für Bildung und Forschung überzeugt hat: Seit Januar 2013 fördert es „OptoSwitch“ im Rahmen des Nachwuchswettbewerbs NanoMatFutur mit rund 1,5 Millionen Euro. Gemeinsam mit zwei Doktoranden, einem Laboringenieur und einem Post Doc treibt Dr. Wagner die Forschungsarbeit seines Lab-on-chip-Systems voran. Tatkräftige Mitstreiter wie Studierende, die ihre Bachelor- oder Masterarbeit schreiben möchten, sowie Doktoranden sind im Forscherteam jederzeit gern gesehen. „OptoSwitch“ läuft noch über einen Zeitraum von drei Jahren.
Übrigens: Wenn Ihnen die Meldung „Neuer 3-D-Drucker für Forschungsprojekt OptoSwitch“ irgendwie bekannt vorkam, mag das daran liegen, dass bereits vor knapp einem Jahr ein neuer 3-D-Drucker installiert wurde. Der „ZCorp Zprint® 350“ allerdings fertigt 3-D-Strukturen aus einem Gips ähnlichen Material. Anders als der Freeform Pico, liefert er die für Messaufbauten benötigten größeren Teile wie Verbinder, Halter und Adapterplatten.
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