Kann DLP für die Herstellung von Mikrofluidik-Chips verwendet werden?
Die medizinischen Anwendungen des 3D-Drucks sind vielfältig und werden von Tag zu Tag größer. Eine immer wichtigere, aber vielleicht weniger diskutierte Anwendung ist die Mikrofluidik. Mikrofluidische Geräte (mikrofluidische Chips) sind in den letzten 30 Jahren entstanden und wurden schnell in viele verschiedene biomedizinische Anwendungen integriert, u. a. in der Krebsforschung, dem Wirkstoffscreening, der Medikamentenverabreichung und der Molekulardiagnostik. Und auch die additive Fertigung wird für die Herstellung dieser wichtigen Geräte eingesetzt, wobei ein kürzlich veröffentlichtes Forschungspapier der pharmazeutischen Fakultät der Aristoteles-Universität Thessaloniki, Griechenland, zeigt, wie DLP für ihre Herstellung eingesetzt werden könnte.
Wie bereits erwähnt, haben mikrofluidische Geräte in den letzten Jahren an Popularität gewonnen. Aber was genau sind diese? Nun, Mikrofluidik bezieht sich auf die Manipulation von Flüssigkeiten auf mikroskopischer Ebene. Sie ermöglicht schnelle Reaktionen, minimalen Probenverbrauch und hohen Durchsatz. Mikrofluidische Geräte, d. h. mikrofluidische Chips, sind eine Reihe von Mikrokanälen, die in ein Material geätzt oder gegossen wurden. Traditionell werden Mikrofluidikgeräte aus Glas, Silizium und Polydimethylsiloxan (PDMS) hergestellt. Doch zunehmend werden sie auch mit AM hergestellt.
Das von den Forschern hergestellte mikrofluidische Gerät
Bisher wurden nur die Stereolithographie (SLA) und die Zwei-Photo-Polymerisation (2PP) eingesetzt, da diese Verfahren sehr präzise sind und Teile mit kleinen Abmessungen herstellen können. Aber das sind nicht mehr die einzigen Möglichkeiten. In der Studie „Fabrication of a microfluidic device using Digital Light Processing (DLP) 3D printing“ haben Eleftherios Andriotis, Paraskevi Kyriaki Monou und Dimitrios Fatouros beschrieben, wie ein mikrofluidisches Gerät mit Digital Light Processing (DLP) hergestellt werden kann. Die Forscher konnten diese Aufgabe mit Hilfe von Lino3D, einem bekannten 3D-Drucklabor mit Sitz in Griechenland, bewältigen.
Herstellung der mikrofluidischen Chips
Diejenigen, die sich mit dem 3D-Druck auskennen, wissen, dass DLP eines der AM-Verfahren ist, das die Photopolymerisation nutzt. Im Gegensatz zum SLA-Verfahren, bei dem eine Schicht Punkt für Punkt ausgehärtet wird, oder zum LCD-Verfahren wird beim DLP-Verfahren ein Videoprojektor verwendet, um Harze schnell und präzise Schicht für Schicht auszuhärten. EnvisionTEC, jetzt ETEC, hat diese Technologie entwickelt und ist auch der Ansprechpartner für die Forscher bei der Entwicklung ihrer mikrofluidischen Geräte.
Sie entschieden sich für die Verwendung des Harzes E-RigidForm Amber und eines ETEC D4K 3D-Druckers, um den Mikrofluidik-Chip herzustellen. Das Polyurethan-ähnliche Harz war nützlich, weil es starke, harte und steife Teile für den Endgebrauch drucken kann. Darüber hinaus verfügt es über eine gute Wärmeableitung und ist vor allem wasserbeständig, was bei der Arbeit mit Flüssigkeiten natürlich entscheidend ist.
Die CAD-Datei, die das Design des Mikrofluidik-Chips zeigt
Darüber hinaus ist der D4K für die Desktop-Produktion von hochauflösenden Teilen in einer Vielzahl von Bereichen wie Schmuck und Zahnmedizin bekannt. Laut ETEC hat er nicht nur die höchste Geschwindigkeit für einen Standard-DLP-Drucker, sondern ist auch in der Lage, extrem genaue Teile mit sehr feinen Details zu liefern. Dies war natürlich von entscheidender Bedeutung, da mikrofluidische Geräte auf mikroskopischer Ebene hergestellt werden und extrem detaillierte Kanäle umfassen, die für ihren Zweck perfekt gefertigt sein müssen.
Um den Chip selbst zu erstellen, entwarfen die Forscher ihn zunächst in AutoCAD 2019, bevor sie ihn als STL exportierten. Im Entwurf wurde die Kanalbreite auf 700 µm festgelegt und an den Ein- und Ausgängen wurden Luer-Locks angebracht, um den Anschluss der Schläuche zu erleichtern. Beim Drucken wurde die Schichthöhe auf 1 µm eingestellt.
Obwohl der Druck selbst erfolgreich war, mussten die Forscher anschließend einen Weg finden, um das flüssige Harz zu entfernen, das die Ein- und Auslässe blockierte. Das Waschen mit Isopropylalkohol (99,9 %) war erfolglos, so dass sie stattdessen eine automatische Harzentfernungsmaschine, die DEMI 400 von PostProcess Technologies, einsetzten. Damit konnten die Forscher die gedruckten Teile reinigen, ohne dass die Qualität beeinträchtigt wurde. Das Endergebnis war ein Erfolg und ebnete hoffentlich den Weg für weitere Anwendungen, die diese Technologien nutzen. Weitere Informationen über Lino3D, die maßgeblich an der Entwicklung dieser Chips beteiligt waren, finden Sie HIER.
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*Alle Bildnachweise: Lino3D
