Bei dreidimensionalen Druckverfahren standen vor allem Implantate und Prothesen im Mittelpunkt. Jetzt ist es Forschern gelungen, künstliche Fische herzustellen. Diese Miniroboter könnten im menschlichen Körper Arzneimittel transportieren oder Toxine abfangen.
Schon länger versuchen Wissenschaftler, Mikroroboter herzustellen und medizinisch einzusetzen. Alle bisher üblichen Methoden zur Herstellung hatten mehrere Nachteile. Sie lieferten ausschließlich sphärische oder zylindrische Strukturen aus anorganischen Werkstoffen. Jetzt ist es Wissenschaftlern der University of California, La Jolla, erstmals gelungen, schnelle 3D-Drucktechniken für kleinste Werkstücke zu entwickeln.
Mit ihrem neuen Druckverfahren, Microscale Continuous Optical Printing (μCOP) genannt, erzeugte das Team um Shaochen Chen und Joseph Wang innerhalb weniger Sekunden ein Array mit Hunderten von Mikrofischen. Sie sind jeweils 120 Mikrometer lang und 30 Mikrometer dick. Herzstück des μCOP ist ein digitales Mikrospiegelarray mit zwei Millionen Mikrospiegeln, von denen jeder einzeln angesteuert werden kann, um UV-Strahlung auf lichtempfindliche Schichten zu projizieren. Zwei Besonderheiten, die nur per 3D-Druck gelingen: Im Schwanzbereich wurden Nanopartikel aus Platin aufgetragen – als Katalysator, um chemisch gebundene Energie zu nutzen. Lösungen mit Wasserstoffperoxid dienen als Medium; das Molekül zerfällt unter Katalyse zu Wasser und Sauerstoff. Für mögliche Einsätze im Körper würde sich das Grundprinzip ebenfalls eigen, vielleicht mit einem Enzym zur Energiegewinnung. Darüber hinaus arbeiteten Chen und Wang mit Eisenoxid-Partikeln, die sie im Kopfbereich ihrer Mikrofische platzierten: eine Möglichkeit zur externen Steuerung per Magnetfeld. W. Zhu/J. Li, UC San Diego Jacobs School of Engineering
Um zu zeigen, was die Fische wirklich leisten, bauten Shaochen Chen und Joseph Wang Nanopartikel mit Polydiacetylenen in die Körper ihrer Mikrofische ein. Die Polymere adsorbieren porenbildende Toxine, also Gifte, die zur Lyse der Zellwand und damit zum Zelltod führen. Lösungen wurden schnell entgiftet, was beide Wissenschaftler auf den Schwimmprozess zurückführen. Visuell gelang der Nachweis über fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen: Nach der Bindung eines Modelltoxins fluoreszierten die Nanopartikel rot. W. Zhu/J. Li, UC San Diego Jacobs School of Engineering
Forscher wollen versuchen, mit ihrem Tool Arzneistoffe mikroverkapselt zu transportieren – die magnetische Steuerung macht es möglich. Am Ziel würde das Pharmakon freigesetzt, was lokal hohe Konzentrationen ermöglicht, ohne den gesamten Organismus zu belasten. Jetzt sind weitere Untersuchungen geplant – auch hinsichtlich der Praxistauglichkeit in lebenden Systemen. Originalpublikation: 3D-Printed Artificial Microfish Zhu, Wei et al.: Advanced Materials, 29. Juni 2015, DOI: 10.1002/adma.201501372
