Präzision im Mikrometer-Bereich Mikro-3D-Druck für biomedizinisches Forschungsprojekt

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Ein neuartiges medizinisches Gerät soll die neuronalen Aktivitäten bei Mäusen aufzeichnen. Mikro-3D-Druck unterstützt das ungewöhnliche Projekt.

Nano Dimension, ein Anbieter von 3D-Druck-Lösungen für additiv gefertigte Elektronik (AME) und die additive Fertigung (AM) von Polymer-, Metall- und Keramikprodukten, hat bekanntgegeben, dass es führende Forschungseinrichtungen in Kanada und Frankreich mit seinen hochpräzisen Fabrica Mikro-3D-Drucksystemen bei einem ungewöhnlichen Projekt unterstützt.

Die Studie, in deren Mittelpunkt die exakte Aufzeichnung der neuronalen Aktivitäten bei Mäusen steht, zielt darauf ab, die an der Verarbeitung somatosensorischer Informationen beteiligten neuronalen Kreisläufe und Mechanismen zu untersuchen. Die Ergebnisse des Projekts verdeutlichen die wichtige Rolle innovativer Fertigungslösungen in der biomedizinischen Forschung und bei der Entwicklung moderner Medizinprodukte.

Elektrische Aktivitäten von Dorsalhornneuronen erfassen

Nach Angaben des Forschungsteams, das sich aus Forschenden dreier führender Einrichtungen zusammensetzt, ist die Herstellung kleiner und mikromedizinischer Geräte für Forschungsprojekte aufgrund ihrer Größe, Maßanforderungen und komplexen Merkmale mit erheblichen Herausforderungen verbunden. In diesem Fall musste das Team eine Miniaturklammer entwerfen, die zwei Elektroden sicher am Wirbel einer Maus fixieren konnte. Bislang wurden nur wenige Versuche unternommen, die elektrischen Aktivitäten von Dorsalhornneuronen bei Tieren im Wachzustand zu erforschen, was das Team vor erhebliche Herausforderungen stellte.

„Die Aufzeichnung der elektrischen Aktivität von Neuronen im Rückenmark eines Tieres im Wachzustand ist nicht einfach, nicht nur, weil die Maus sich beim Laufen und Atmen bewegt, sondern auch wegen der eingeschränkten Zugänglichkeit des betreffenden Bereichs“, erklärt Louison Brochoire, Doktorand an der Universität Bordeaux in Frankreich.

Herstellung nur mit großem Aufwand

„Bei diesem Projekt durfte die Klammer die Bewegungen des Tieres nicht einschränken und musste gleichzeitig die in winzige Löcher eingeführten Elektroden sicher fixieren und stabilisieren“, sagt Brochoire, der unter der Aufsicht von Professoren des Institut des Maladies Neurodégénératives Bordeaux sowie des CERVO-Forschungszentrums und der Universität Laval in Québec, Kanada, arbeitete.

Die Herstellung eines Geräts, das Elektroden bei gleichbleibender Präzision und Funktionalität wirksam stabilisieren konnte, war mit herkömmlichen Herstellungsverfahren nur mit großem Aufwand möglich. Auf der Suche nach einer alternativen Lösung wandte sich das Team schließlich an Nano Dimension.

Mikro-3D-Druck für hohe Präzision

Die Komplexität des Designs erforderte präzise Abmessungen, darunter Öffnungen für die Elektroden mit einem Durchmesser von nur 110 µm in einem Teil, das lediglich 2,7 mm breit war. Nano Dimension setzte seine Fabrica-Mikro-3D-Drucktechnologie ein, die eine unvergleichliche Präzision im Mikrometerbereich bietet. Mit seinen Fabrica 3D-Druckern, die präzise und funktionelle Teile mit geringen Toleranzen und einer Pixelgröße von nur 4 µm sowie einer Schichthöhe von 1-10 µm herstellen können, war das Unternehmen in der Lage, die erforderliche Klammer erfolgreich zu drucken. In nur einer Woche entstand ein funktionsfähiges Teil, das von dem Team für das Forschungsprojekt genutzt werden konnte.

Aus Sicht des Forschungsteams entsprach das Ergebnis genau den Anforderungen des Projekts. „Entscheidend war vor allem, präzise und extrem kleine Löcher in der Klammer fertigen zu können“, sagt Brochoire. „Dieses Designmerkmal trug dazu bei, die durch die Atmung und die Bewegungen des Tieres verursachten Artefakte zu minimieren, die unser elektrisches Signal sonst gestört und die Analyse der Ergebnisse erschwert hätten.“

Bestehende Grenzen in der Medizin werden überwunden

Um ein funktionsfähiges Teil zu erhalten, das die konkreten Anforderungen für die Implantation in eine Maus erfüllen konnte, verwendete Nano Dimension sein biokompatibles Material Fabrica Medical M-810. Das Material ist nicht zytotoxisch, das heißt, es ist nicht schädlich für lebende Zellen, und eignet sich daher perfekt für das vom Team benötigte Bauteil.

„Dank der hohen Präzision und Auflösung der Mikro-3D-Druck-Technologie von Nano Dimension in Verbindung mit dem biokompatiblen Material M-810 waren wir in der Lage, ein neues Werkzeug zu entwickeln, um unser Forschungsziel zu erreichen. Die Alternative wäre gewesen, durch Drucken und Modifizieren eines größeren Teils die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.  Dieser Prozess hätte wahrscheinlich mehrere Monate gedauert, was bei diesem Forschungsprojekt ein großes Problem gewesen wäre.  Mit dieser Art von Technologie wird es zweifellos möglich sein, bestehende Grenzen in der Medizin zu überschreiten“, sagt Brochoire.

Neben Louison Brochoire bestand das Forschungsteam aus Professor Pascal Fossat vom Institut des Maladies Neurodégénératives (IMN), Professor Yves De Koninck vom CERVO-Forschungszentrum in Québec, Professor Benoit Gosselin von der Universität Laval in Québec, Fakultät für Natur- und Ingenieurwissenschaften, Fachbereich Elektrotechnik und Computertechnik, und Juliette Viellard, Doktorandin von der Universität Bordeaux.

Weitere Informationen: https://www.nano-di.com/

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