3D-печать зарекомендовала себя как технология с бесчисленным множеством областей применения. Прямое лазерное письмо считается особенно многообещающим методом: сфокусированный лазерный луч, управляемый компьютером, действует как ручка и создает желаемую структуру в чернилах принтера, которые в данном случае представляют собой фоторезист.
Таким образом можно создать любую трехмерную форму размером до нескольких микрометров. «Однако для многих приложений, особенно в биологии и биомедицине, было бы желательно создавать не только жесткие структуры, но и активные системы, которые все еще могут перемещаться после процесса печати, например.грамм., которые могут изменять свою форму под действием внешнего сигнала ", – подчеркивает профессор Мартин Бастмайер из Зоологического института KIT и Института функциональных интерфейсов. В сотрудничестве с группой профессора Мартина Вегенера из Института прикладной физики и Института нанотехнологий в KIT, а также химиками из Карлсруэ и Гейдельберга был разработан процесс печати таких подвижных структур. Специальные материалы, я.е., реагирующие на раздражители полимеры, свойства которых могут быть изменены внешними сигналами, используются для чернил принтера. Химическое соединение поли (N-изопрописикраймид) значительно меняет свою форму, когда температура повышается лишь немного выше комнатной.
Созданные таким образом трехмерные структуры работают в водной среде и, таким образом, идеально подходят для применения в биологии и биомедицине.
«Мы разработали этот метод до такой степени, что можем также изготавливать сложные конструкции, в которых в результате внешней стимуляции движущиеся части не все реагируют одинаково, но демонстрируют разные, но точно определенные реакции», – объясняет Марк.
Хипплер, первый автор исследования. Это стало возможным благодаря литографии в градациях серого, когда фоторезист экспонируется не с одинаковой интенсивностью во всех точках, а экспонируется поэтапно. Это позволяет очень точно установить желаемые свойства материала и, следовательно, силу движения при определенном изменении температуры.
С помощью компьютерного моделирования можно точно спрогнозировать результирующие движения, что позволяет рационально проектировать сложные трехмерные конструкции.
Рабочие группы Мартина Бастмейера и Мартина Вегенера пошли еще дальше: вместо температуры в качестве управляющего сигнала используется сфокусированный свет. Впервые это позволяет целенаправленно управлять отдельными микроструктурами в сложной трехмерной структуре. Эта функция может использоваться, например, в микрофлюидных системах.
Поскольку используемый фоторезист можно переключать при комнатной температуре, существуют дополнительные применения в фундаментальных биологических исследованиях, например.грамм., целенаправленное механическое манипулирование отдельными клетками.
Междисциплинарное исследование проводилось в рамках кластера передового опыта «3D Matter made to Order», совместной исследовательской ассоциации Технологического института Карлсруэ и Гейдельбергского университета.
Также были задействованы аспиранты Школы оптики и фотоники Карлсруэ (KSOP) KIT.