Tinten und Materialien für 2D-/3D-Druck

Neuartige additive Fertigungsprozesse werden derzeit in einer Vielzahl von Forschungsfeldern bearbeitet. Unter den etablierten Drucktechniken bietet der Inkjet-Druck eine hochattraktive Technik, um in der Fläche oder dreidimensional Strukturen zu erzeugen, die zuvor am Rechner entworfen werden.

Im Zentrum unserer Arbeiten steht die Entwicklung geeigneter Tintenformulierungen, um vielfältige Funktionskomponenten wie Hydrogele, Nanopartikel, Proteine und leitfähige Materialien zu verarbeiten.

Mittels 2D- oder 3D-Druck können unsere Tinten in eine zwei- oder dreidimensional Strukur gebracht werden. Enthalten die Tinten biologische Materialien wie Zellen, Biomoleküle und Gewebepräparationen oder biokompatible Materialien, können die gedruckten auch eine biologische Funktion erfüllen (Bioprinting).  

Leistungsangebot

  • Formulierung von Inkjet-Tinten auf wässriger oder Lösemittel-Basis
  • Biofunktionale Tinten
  • Zellhaltige Tinten
  • Nano- und mikropartikelhaltige Tinten
  • UV-vernetzbare Tinten
  • Leitfähige und Halbleiter-Tinten
  • Druck hochaufgelöster Strukturen
  • Laserdruck-Polymerpartikel für Biomaterialanwendungen

Modifizierung von Biomolekülen und biokompatiblen Polymeren

Chemische Modifizierung biologischer Moleküle

Biologische Gewebe bestehen aus Zellen und einer extrazellulären Matrix, die von den Zellen gebildet wird. Die Gewebematrix besteht hauptsächlich aus stark wasserhaltigen Gelen aus Kollagen und Glykosaminoglykanen  wie beispielsweise Hyaluronsäure oder Chondroitinsulfat. Diese Biomoleküle wollen wir zur Modifizierung von Oberflächen und für den Aufbau von dreidimensionalen Gewebemodellen nutzbar machen.

Um die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Biomolekülen und Hydrogelen zu kontrollieren, koppeln wir chemische Funktionen wie vernetzbare Methacrylgruppen, Thiogruppen und Benzophenone an die Biopolymere und maskieren funktionelle Gruppen, die für das Gelieren der Materialien verantwortlich sind.

In Kooperation mit dem  IGVP der Universität Stuttgart entwickeln wir auch druck- und vernetzbare zellverträgliche Polyethylenglykole.

Druckbare Biotinten

Druckbare (Bio-)Polymerlösungen

Um Biomoleküle für Druckverfahren verfügbar zu machen, muss ihr Gelierverhalten kontrolliert werden. Durch die chemische Modifizierung können wir Biotinten mit und ohne Zellen an die unterschiedlichen Anforderungen von additiven Verfahren wie drop-on-demand Inkjet-Druck oder pneumatisches Dispensieren anpassen.

Hydrogele mit gewebeähnlichen Eigenschaften

Biopolymer-Hydrogele unterschiedlicher Zusammensetzung als Gewebematrices mit einstellbaren biologischen und mechanischen Eigenschaften

Die Gewebematrices unterschiedlicher Gewebe unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung und in ihren mechanischen und biologischen Eigenschaften. Wir setzen schwerpunktmäßig biologische Materialien ein um die Matrix unterschiedlicher Gewebe nachbilden zu können. Wir entwickeln gewebeähnliche Matrices für Gewebemodelle. Durch Kombination von Biomolekülen aus der natürlichen Gewebematrix und ihren chemisch modifizierten Verwandten erzeugen wir Hydrogele mit einstellbaren mechanischen und biologischen Eigenschaften.

Referenzprojekte

Druckbare 3D-Matrices zur Herstellung von künstlichem Knorpel

 

Eine vielversprechende therapeutische Behandlung ist die matrixassoziierte autologe Chondrozytentransplantation (MACT), bei der ein geeignetes Trägermaterial (Matrix) zunächst mit Knorpelzellen (Chondrozyten) des Patienten besiedelt und dann in den Knorpeldefekt implantiert wird.

Dyna-Implant

Personalisierte orthopädische Implantate durch biomechanische Stimulierung von hybriden Materialien

 

Insbesondere aufgrund des demographischen Wandels nehmen Verletzungen oder altersbedingte Degeneration von Knorpelgewebe zu. Daraus ergibt sich ein großer Bedarf an personalisierten Therapien. Eine Lösung bietet die Herstellung von individuellen Knorpelimplantaten mithilfe additiver Verfahren. Für diesen Zweck entwickelt das Fraunhofer IGB gelatinebasierte hybride Hydrogele, welche die natürliche Gewebeumgebung von Knorpelzellen nachbilden und so die Biofunktionalität und Matrixproduktion der Zellen begünstigen.