3-D-Druck revolutioniert die Gesundheitsbranche

01. Januar 2014

Experten sprechen von einer neuen industriellen Revolution, die der 3D-Druck auslösen wird. Von dem innovativen Produktionsverfahren der Zukunft, bei dem dreidimensionale Objekte ausgedruckt werden, profitiert auch die Gesundheitsbranche.

 

Schon heute werden Verkleidungen für Orthesen hergestellt und Einlagen für orthopädische Schuhe. Die Zulassung der Werkstoffe als Medizinprodukt ist ebenfalls in Arbeit. Zahntechniker könnten beispielsweise Implantate und Ärzte selbstentwickelte Prothesen produzieren. Medizinprodukte müssten nicht mehr aufwändig modelliert werden. Es reicht ein CAD Datensatz, um das Objekt auszudrucken. Selbst Organe könnten die Drucker in der Zukunft herstellen – die Forschung läuft.

Um mehr über den innovativen Druck zu erfahren, besuchte Dr. Markus Horneber im Januar 2014 die weltweit größte Firma FKM Laser Sintering in Biedenkopf-Wallau. Sie gilt als einer der deutschen Pioniere von 3D-Druckanwendungen. Die Firma wurde1994 gegründet und hat derzeit 22 Maschinen für über 5000 Aufträge pro Jahr. Wo früher Werkzeug- und Formenbau die Konstruktionsregeln bestimmten, verändern 3D-Druck und Selektives Laser Sintering (SLS) heute ganze Fertigungsverfahren. Komplexe Geometrien lassen sich unmittelbar in Bauteile integrieren. Die Verfahren vereinfachen die Konstruktion, sparen Montagekosten und sichern die Lebensdauer.

Besonders das selektive Laser Sintering ist eine wegweisende Technologie. Die Produkte entstehen anhand eines 3D-Modells. Pulverförmige Schichtenverschmelzen schichtweise mit Hilfe von selektiver Laserstrahlung. Eigens für dieses Verfahren wurden Werkstoffe mit unterschiedlichsten Eigenschaften entwickelt. Möglich ist auch eine weitere Oberflächenveredlung durch Glätten, farbliche Infiltrierung oder Beschichtung. Dabei können verschiedenste Kunststoffe bis hin zum Metall eingesetzt werden.

Eine entscheidende Rolle könnte auch eine Technologie übernehmen, die man aus dem Büro kennt. Man würde sie wohl zunächst nicht mit der Produktion künstlicher Organe in Verbindung bringen: der Tintenstrahldruck. Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB aus Stuttgart ist es gelungen, für diese Drucktechnik geeignete Biotinten zu entwickeln. Das wird in einer Pressemitteilung berichtet. Die durchsichtigen Flüssigkeiten bestehen aus tierischem Material und lebenden Zellen. Die Basis bildet eine Substanz, die aus natürlichen Geweben gewonnen wird: Gelatine. Die Forscher haben die Biomoleküle fit für den Druck gemacht. Während des Drucks bleiben die Biotintenflüssig und somit druckbar. Werden sie danach mit UV-Licht bestrahlt, vernetzen sie zu Hydrogelen. Das sind Polymere, die Wasser enthalten, sich aber weder unter Wärmeeinfluss noch in Wasser auflösen. Die chemische Modifizierung der Biomoleküle können die Forscher so steuern, dass die resultierenden Gele unterschiedliche Festigkeiten und Quellbarkeiten besitzen. Damit lassen sich die Eigenschaften von natürlichen Geweben nachbilden – von festem Knorpel- bis hin zu weichem Fettgewebe.

Die größte Herausforderung ist es derzeit, vaskularisiertes Gewebe zu produzieren. Dabei handelt es sich um Gewebe, das über ein eigenes Blutgefäßsystem verfügt und darüber mit Nährstoffen versorgt werden kann. Daran arbeitet das IGB zusammen mit anderen Partnern in dem von der Europäischen Union geförderten Projekt„ ArtiVasc 3D“. Um zukünftig ganze Organe drucken zu können, ist dieser Schritt sehr wichtig. Erst wenn es gelingt, Gewebe zu produzieren, die durch Blutgefäßsysteme versorgt werden, ist der Druck von größeren Gewebestrukturen möglich

Labor statt Büro: Forscher drucken mit Hilfe von Tintenstrahldruckern Zellsuspensionen auf rosa schimmernde Hydrogel-Pads, die das Austrocknen verhindern. Foto: Fraunhofer IGB