Fallstudien

Problemlösungen für den Bereich Bioprinting
Präzisionsdruck mit dem Puredyne kit b und der hochwertigen Dosiernadel von Tecdia

So macht man Druck auf die feine Art

Erfolgreiche Tests am Druckkopf: Dosiernadeln unterstützen die Reproduzierbarkeit der viskosen Biomaterialien

Beim 3D-Druck organischer Substanzen, dem so genannten Bioprinting, darf eins nicht passieren: die Zellen in den zu druckenden Substanzen dürfen keinen Schaden nehmen. Druckköpfe von Puredyne leisten das schon heute durch nachweisbar hochpräzises und scherarmes Dosieren. Dennoch sind die Druckergebnisse auch immer von der eingesetzten Dosiernadel abhängig, derer viele am Markt verfügbar sind.

Grund genug für Puredyne – Marke des etablierten Dosierspezialisten ViscoTec – das Thema Dosiernadel ganz oben auf die Agenda zu nehmen, um das junge Anwendungsgebiet des Bioprinting weiter zu unterstützen und Innovationspotenzial zu finden.

Kürzlich gelang es den Ingenieuren in hausinternen Labortests einen der schwierigsten Parameter beim 3D-Druck von Biomaterialien weiter zu verbessern: die Reproduzierbarkeit.

In Kombination mit der Präzision des Druckkopfes ein wichtiger Aspekt für Forschung und Entwicklung vieler Branchen sowie für den Maschinen- und Anlagenbau.

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Grundlage für die Versuchsreihen war die Frage, welche technischen Möglichkeiten existieren, um die präzise Dosierung zellulärer Biosubstanzen mit Fokus auf die extreme Sensitivität reproduzierbarer zu realisieren und feinste Start- und Endpunkte zu erreichen.
Zum Einsatz kamen der Puredyne Druckkopf und Präzisionsdosiernadeln des japanischen Herstellers Tecdia. Der Druckkopf besitzt eine integrierte Druckluftversorgung und wird über einen Bajonett-Verschluss mit der Single-Use Kartusche an einen Bioprinter montiert. Angesteuert über einen Schrittmotor, ermöglicht die verbaute Exzenterschnecken-Technologie in der Kartusche eine prozesssichere und präzise Dosierung.

Großes Potenzial zur Verbesserung der Druckqualität bietet die Dosiernadel, die über Luer Lock mit dem Druckkopf verbunden ist: Versuche hatten gezeigt, dass die Gefahr einer Scherung von Zellen im Biomaterial in der Dosiernadel am größten ist. Diese zellulären Strukturen müssen jedoch zwingend geschont werden. Zwar ist der Druck mikroskopisch feiner 3D-Objekte heute de facto kein großes Problem, lebende Zellen reproduzierbar über Extrusion zu drucken hingegen schon. Zudem muss der Dosiervorgang nicht nur präzise, sondern auch zügig ablaufen, um die Zellen zu schonen.

Entsprechend wurde die Aufgabenstellung der Versuchsreihen von den Ingenieuren skizziert: Es galt eine Dosiernadel zu finden, die den Puredyne Druckkopf mit seinen positiven Eigenschaften in Präzision und Vielseitigkeit optimal ergänzt. Während der Versuche, fanden die Entwickler heraus, dass die Dosiernadel vom Typ „Arque“ des Herstellers Tecdia die besten Ergebnisse liefert und in Kombination mit dem Puredyne kit b das Biomaterial mit der höchsten Reproduzierbarkeit dosiert. Der mit einer Arque Dosiernadel bestückte Druckkopf sichert über den gesamten Druckvorgang eine gleichbleibende Linienbreite und scharfe Konturen. Der optimale Druckabbau garantiert zudem feine Start und Endpunkte. Herstellerangaben zu Folge haben Arque Dosiernadeln einen fugenlosen Innenkonus, was das Fließverhalten in der Dosiernadel verbessert.