Nanogefüllte Kunststoffe für die Biomedizin

Magnetische, fluoreszierende oder elektrisch leitende Kunststoffe? Kein Problem! In der additiven Fertigung lassen sich Kunststoffe durch die Zugabe verschiedener Nanopartikel gezielt verbessern.Die technischen Herausforderungen zur Herstellung derartiger Nanokomposite sind jedoch groß, unter anderem wenn es um die gleichmäßige Verteilung der Nanopartikel geht.

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) hat nun ein patentiertes System für die reproduzierbare Synthese von harzbasierten Nanokompositen entwickelt. Unter dem Namen ConELiA (Continuous Energetic Liquid Agitation System) gewährleistet es die definierte und reproduzierbare Einstellung der gewünschten Materialzusammensetzung.

ConELiA-Entwicklung in der PTB

Das neue System für die reproduzierbare Synthese von harzbasierten Nanokompositen ist am Berliner Institut der PTB von einem Kompetenzteam aus Techniker und Wissenschaftler entwickelt worden. Es basiert auf einem Homogenisierer, der die Wirkung von Ultraschall mit hoher Scherwirkung kombiniert, inklusive zusätzlicher Messtechnik, die eine direkte Prozessüberwachung während der Herstellung erlaubt. Das System kann eigenständig oder in Kombination mit harzbasierten additiven Fertigungsanlagen eingesetzt werden. Im Rahmen des B-smart Labs (Berlin Scientific Manufacturing for Research and Technology Laboratory) wird dieses und weiteres Know-how einem breiten Nutzungskreis zur Verfügung gestellt.

Anwendung in der medizinischen Bildgebung

Die Verwendung von Polymer-Nanokompositen in Kombination mit der Vielseitigkeit der additiven Fertigung bietet ein großes Potenzial für ein breites Spektrum an elektrischen, magnetischen, optischen und biomedizinischen Anwendungen. Die Wissenschaftler der PTB haben sich vor allem auf Anwendungen in der medizinischen Bildgebung spezialisiert. Sie nutzen das System zur Herstellung von Hand- und Fingermodellen mit eindeutig definierten magnetischen oder fluoreszierenden Eigenschaften.

Diese sogenannten Phantome können zur Charakterisierung von Bildgebungsgeräten eingesetzt werden. Ein Beispiel ist die Fluoreszenzbildgebung rheumatischer Erkrankungen mit Indocyaningrün. Diese neue Technik bietet ein einzigartiges Potenzial für Diagnose und Therapie. Zur Überwachung der Leistung und für die Weiterentwicklung der Technik werden gewebeäquivalente Fluoreszenzphantome von hoher Stabilität mit geeigneten anatomischen Formen benötigt - also fluoreszierende Handformen aus Nanokompositen.

Vergleichbares gilt für die Weiterentwicklung der Magnetpartikelbildgebung (MPI), bei der Nanopartikel in den Körper injiziert und durch starke Magnetfelder sichtbar gemacht werden, um Gefäße und Tumoren genauer untersuchen zu können. Auch hier werden aus Nanokompositen gedruckte Körperteil-Formen mit spezifischen magnetischen Eigenschaften benötigt, um die Qualität des Gerätes zu bestimmen.

Quelle: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)