3D-Druck wird mikro

An der ETH Zürich wurde eine neue Methode für den 3D-Druck von mikrometergroßen Objekten entwickelt. Der Druck basiert auf einer bereits etablierten Technik für Nanoinjektion.

03. Februar 2016

Mit einem an der ETH Zürich entwickelten Verfahren lassen sich zukünftig zum Beispiel winzige Uhrenteile oder Werkzeuge für minimalintensive Chirurgie herstellen. Die bisher erzeugten Mikroteile sind typisch zwischen 15 und 35 Mikrometer groß. Die Technik basiert auf dem schon vor Jahren an der ETH Zürich entwickelten FluidFM-System. Mit diesem Gerät können Forscher und Ärzte Medikamente oder DNA in einzelne Zellen injizieren. Zentraler Bestandteil dieses Systems ist eine bewegliche, an eine Blattfeder gekoppelte Mikropipette, die äußerst präzise steuerbar ist.

Der Doktorand Luca untersuchte die Möglichkeit, FluidFM auch für Druckverfahren zu verwenden. Dabei ging es vor allem darum, in Lösung befindliche Metalle und andere Stoffe auf einer leitenden Grundplatte elektrochemisch abzuscheiden. Das erwies sich als durchführbar. Bei dem neuen Verfahren befindet sich auf einer Grundplatte aus Gold ein Flüssigkeitstropfen. In diesen hinein ragt die Spitze der Mikropipette, die als Druckkopf dient. In der Pipette fließt langsam und konstant eine Kupfersulfatlösung. Weil die Wissenschaftler mit einer Elektrode eine Spannungsdifferenz zwischen Flüssigkeitstropfen und Grundplatte anlegen, kommt es unter der Pipettenspitze zu einer elektrochemischen Reaktion: Das aus der Pipette austretende Kupfersulfat reagiert zu festem Kupfer, das sich auf der Grundplatte abscheidet.

Indem die Mikropipette computergesteuert bewegt wird, lassen sich Schicht um Schicht dreidimensionale Objekte drucken. Die räumliche Auflösung hängt dabei von der Größe der Pipettenöffnung ab, welche die Größe der Kupferablagerungen bestimmt. Derzeit können die Wissenschaftler einzelne 3D-Pixel von 800 Nanometer bis gut fünf Mikrometer Durchmesser erzeugen und sie zu größeren dreidimensionalen Objekten kombinieren. "Nicht nur Kupfer, sondern auch andere Metalle lassen sich damit drucken", sagt Tomaso Zambelli, Privatdozent und Gruppenleiter am Labor für Biosensoren und Bioelektronik der ETH Zürich. Und selbst für den 3D-Druck von Polymeren und Verbundmaterialien könnte sich FluidFM eignen, meint Zambelli.

Ein Vorteil der neuen Methode gegenüber anderen Mikro-3D-Druckverfahren ist, dass über die Auslenkung der Blattfeder, an welche die Mikropipette gekoppelt ist, die Kräfte gemessen werden können, die auf die Pipettenspitze wirken. "Dieses Signal können wir als Feedback nutzen. Im Gegensatz zu anderen 3D-Druck-Systemen erkennt unseres, welche Bereiche des Objekts bereits gedruckt sind", so ETH-Doktorand Hirt. Dies helfe, den Druckprozess zu automatisieren.

Die Methode wurde zum Patent angemeldet. Erster Lizenznehmer ist das ETH-Spin-off Cytosurge, das auch schon die Mikropipette kommerziell nutzt.