Fluoreszierende 3D-Ringe: ein Versprechen für die Implantate der Zukunft

Es gibt einen Begriff für Entdeckungen, die durch Zufall oder Unfälle zustande kommen: Serendipity. Einige der bemerkenswertesten Glücksfälle in der Wissenschaft waren Teflon, Radioaktivität, Röntgenstrahlen und natürlich die Entdeckung des Penicillins. Genau so ein Zufall hat nun einen neuen Durchbruch gebracht, und die additive Fertigung steht dabei im Mittelpunkt. Zwei Forscher der Universität von Oregon kamen bei einem zufälligen Gespräch auf die Idee, ihr Fachwissen zu kombinieren, um fluoreszierende 3D-Ringe für medizinische Anwendungen herzustellen. Das Prinzip der Ringe könnte dazu beitragen, eine neue Art von leuchtenden Implantaten zu entwickeln, die die Verfolgung und Überwachung im Körper erleichtern würden.

Bei den beteiligten Forschern handelt es sich um Paul Dalton vom Phil and Penny Knight Campus for Accelerating Scientific Impact und Ramesh Jasti von der Fakultät für Chemie und Biochemie der Universität Oregon. Das Labor von Paul Dalton arbeitet seit einiger Zeit an einer Drucktechnik namens Melt Electrowriting, bei der außergewöhnlich scharfe 3D-Teile gedruckt werden, die in der Medizin eingesetzt werden können. Das Labor von Ramesh Jasti ist bekannt für seine Arbeit an „Nanohoops“, Zylindern auf Kohlenstoffbasis, die leuchten, wenn sie mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden. Auf diese Weise mischten die Forscher die perfekte Menge an fluoreszierenden Nanohoops mit dem 3D-Druckmaterial, um langlebige, körperverträgliche leuchtende Strukturen herzustellen.

Die Ringe leuchten, wenn sie mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden und strahlen je nach ihrer Größe und Struktur in verschiedenen Farben.

Leuchtende 3D-Ringe für die Biomedizin

Den Forschern zufolge wurden ähnliche Strukturen, die die Eigenschaft haben, zu leuchten, bereits versucht, aber noch nie erreicht. Abgesehen davon, dass eine spezielle 3D-Drucktechnik erforderlich ist, zerfallen die meisten fluoreszierenden Moleküle nach längerer Hitzeeinwirkung. In diesem Punkt hebt sich Jastis Arbeit ab, denn seine Nanohoops sind selbst bei hohen Temperaturen sehr stabil. Nach Tests, die bestätigen sollten, dass die Nanohoops ihre Eigenschaften beibehalten, wenn sie mit dem 3D-Druckmaterial gemischt werden, wurde bestätigt, dass sie ihre Festigkeit und Stabilität nicht verlieren. Sie bestätigten auch, dass die Zugabe der fluoreszierenden Moleküle das Material nicht zelltoxisch macht, ein wichtiger Aspekt für seine Anwendung in der Biomedizin.

Die Struktur der fluoreszierenden 3D-Ringe könnte zur Herstellung von Implantaten verwendet werden, damit Ärzte diese von Gewebe unterscheiden können. Den Forschern zufolge könnten die Ringe zu Anwendungen wie einer neuen Heilungstechnologie, künstlichen Blutgefäßen oder Gerüsten für die Regeneration von Nerven führen.

Normales Aussehen der gedruckten Strukturen. Die Fluoreszenz wird nur durch ultraviolettes Licht aktiviert.

Das Team sieht eine Reihe von Anwendungen für die fluoreszierenden 3D-Ringe vor. Sie heben insbesondere das biomedizinische Potential für die Entwicklung von Implantaten hervor, die unter UV-Licht leuchten. Das Material könnte sogar für Sicherheitsanwendungen maßgeschneidert werden. Konkrete Anwendungen werden jedoch noch auf sich warten lassen, da das Team seine Arbeit erst kürzlich zum Patent angemeldet hat, um sie kommerziell nutzen zu können.

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*Bildnachweise: Dusty Whitaker, University of Oregon