Wo etablierte 3D-Drucktechnologien an ihre Grenzen stoßen, kommt UpNano ins Spiel. Der Anbieter hochauflösender Laser-Lithographie-Systeme ist Türöffner für völlig neue Produkte und Anwendungsgebiete im Mikro- und Nanobereich.

Extrem kleine, hochpräzise Bauteile und Strukturen, deren Fertigung bisher unmöglich schien, effizient und individuell im 3D-Drucker formen. Und das mit einer Geschwindigkeit, die bis zu 100-mal schneller ist als bei vergleichbaren Technologien. Dieses Kunststück gelingt dem WILD-Kunden UpNano, der einen hochauflösenden 3D-Drucker für polymere Mikrobauteile entwickelt hat und weltweit vertreibt. NanoOne nennt sich das Gerät, das mittels Multiphotonenlithographie sowohl ultrafeine Bauteile mit Strukturdetails im Bereich von 170 nm als auch makroskopische Mikroteile im Zentimeterbereich drucken kann und damit mannigfaltige Anwendungen ermöglicht. Erste Beispiele zeigen schon heute, was dank dieser Technologie in Zukunft unter anderem in der Medizin- und Filtertechnik sowie in der Mikrooptik möglich sein wird.

BIOPRINTING FÜR DIE FORSCHUNG
Der Ursprung des hochauflösenden 3D-Drucks von UpNano liegt im sogenannten Bioprinting, also dem Druck von 3D-Strukturen, in denen lebende Zellen eingelagert sind. Benötigt werden diese nur wenige Millimeter großen Biosysteme in der Forschung, z.B. beim Testen und Evaluieren von Arzneimitteln. Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass sich Zellen im 3D-Kontext natürlicher verhalten als in einem zweidimensionalen Zellrasen.

GEWEBEERSATZ UND INTELLIGENTE WUNDPFLASTER
Erhebliches Potenzial sieht UpNano-Gründer und CEO Dr. Bernhard Küenburg auch für den  biofunktionellen Gewebeersatz aus dem 3D-Drucker. Die Idee dabei: Stammzellen werden gezielt in sensiblen Bereichen wie z.B. der Netzhaut eingebracht, um einen Gewebedefekt zu schließen bzw. den Heilungsprozess zu beschleunigen. „Solche oder ähnliche Forschungsprojekte werden wir in den kommenden Jahren vermehrt sehen, speziell bei kleinen Zellagglomeraten, die besonders präzise sein müssen.“

Keine Zukunftsmusik, sondern kurz vor der klinischen Prüfung ist hingegen ein intelligenter Wundverband, der anzeigt, wann er gewechselt werden muss. Ein Kunde aus Schweden hat unter Zuhilfenahme der UpNano-Technologie dafür Sensoren mit gedruckter Elektronik entwickelt, die unter anderem die Anzeichen für Infektionen wie Temperatur, Blutdruck oder Feuchtigkeit in der Wunde überwachen. Das System besteht aus einem elektrochromen Display in Kombination mit einem Sensor, der Spannung erzeugt, wenn er der Wundflüssigkeit ausgesetzt wird. Die Elektroden bauen zusammen mit der Wundflüssigkeit genügend Spannung auf, damit das Display die Farbe ändert und anzeigt, dass es Zeit für einen Verbandswechsel ist.

REINSTES QUARZGLAS AUS DEM 3D-DRUCKER
Grundsätzlich können mit dem NanoOne nur Polymerkörper gedruckt werden. Doch es gibt ein Verfahren, um erstmals auch Mikrostrukturen aus Glas in jede beliebige Form zu bringen. In einem ersten Schritt mischt man Nano-Glaspulver (die Glaspartikel haben eine Größe von ca. 40 nm) der Partnerfirma Glassomer in Freiburg unter das Polymer. So entsteht eine Art flüssiges Glasgelee, das mittels 3D-Drucker produziert werden kann. Anschließend brennt man das Polymer bei hoher Temperatur weg. Die  Glaskügelchen werden gesintert und wachsen zusammen. Übrig bleibt hochwertiges, reines Quarzglas. Den Vorteil dieses 2-stufigen Prozesses erklärt Küenburg so: „Bei diesem thermischen Vorgang  schrumpfen die gedruckten Formen dreidimensional und es kommt zu keinerlei Spannungen im Produkt. Zudem ist Quarzglas chemisch nicht angreifbar und auch nicht toxisch. Das macht diese hochpräzisen Glasstrukturen extrem spannend für unterschiedlichste Anwendungsbereiche – von der Endoskopie bis zur Mikrofluidik. Der Fantasie sind keine Grenzen gesetzt. Alles, was Sie zeichnen können, kann auch gedruckt werden.“

MIKROFLUIDIK UND MIKROFILTER
Ein weiteres Thema, mit dem UpNano fast täglich konfrontiert ist, ist die Mikrofluidik. Denn auch Raumkörper mit feinsten Kanälen stellt der NanoOne problemlos her. Anders als bei Mikrofiltern aus Zellstoffen oder anderen Fasermaterialien, bei denen die Porengröße immer einer großen  Schwankungsbreite unterliegt, können mit dem NanoOne Mikrofilter mit exakt definierten Porengrößen bis zu 1 x 1 Mikrometer in nur wenigen Stunden gedruckt werden. „Die Filterform ist beliebig definierbar. Um sehr filigrane Filterstreben mechanisch stabil zu halten, drucken wir zusätzlich Stützstrukturen mit. Solche Mikrobauteile sind auf konventionelle Weise nicht herstellbar“, weiß Küenburg, der nie ein Geheimnis daraus gemacht hat, dass die WILD Gruppe von Beginn an als Fertigungspartner von UpNano mit im Boot ist. Konkret ist der Technologiepartner mit der Serienproduktion des NanoOne beauftragt und hat dieses System im Zuge der Entwicklung gemeinsam mit weiteren WIN-Netzwerkpartnern so optimiert, dass es als Desktopgerät selbst im kleinsten Labor Platz findet. „Wir sehen uns als  Industrialisierungsspezialist, der unabhängig von den Stückzahlen eine professionelle Serienfertigung gewährleistet. Bei Bedarf sind wir auch in der Lage, die Fertigung rasch auf große Stückzahlen  auszuweiten“, betont Wolfgang Warum, CTO der WILD Gruppe.