Die Herstellung komplexer, geschichteter Mikropartikel zur gezielten Medikamentenabgabe ist seit Langem eine Herausforderung in der Biotechnologie. Die herkömmliche Fertigung der dafür benötigten speziellen elektronischen Düsen erforderte tagelange Arbeit in einem hochmodernen Halbleiterreinraum. Ein Durchbruch von Forschenden am MIT könnte dies ändern, indem er die Möglichkeiten des fortschrittlichen 3D-Drucks zur schnellen Prototypenfertigung nutzt.
MIT News berichtet, dass Wissenschaftler erfolgreich kostengünstige triaxiale Elektrospray-Emitter entwickelt und hergestellt haben, die dreischichtige Partikel effizient in großen Mengen produzieren können. Diese Miniaturgeräte sind nur geringfügig größer als eine US-Ein-Cent-Münze und verfügen über 16 Mikrodüsen auf einem einzigen Quadratzentimeter. Jede Düse dosiert mithilfe von Elektrizität gleichzeitig drei unterschiedliche, nicht miteinander mischbare Flüssigkeiten präzise. Dabei entstehen exakt ineinander verschachtelte Tröpfchen, die zu Medikamenten mit zeitlich gesteuerter Wirkstofffreisetzung oder zu selbstheilenden Materialien erstarren.
Bemerkenswert ist, dass dieser Ansatz die übliche Mikrofabrikation vollständig umgeht. Das Team verwendete ein hochpräzises 3D-Druckverfahren namens Bad-Photopolymerisation und baute das Gerät Schicht für Schicht mit einer Auflösung von nur 25 Mikrometern auf. So entstand ein komplexes inneres Netzwerk aus gewundenen, schraubenförmigen Mikrokanälen, die Flüssigkeiten gleichmäßig verteilen, ohne zu verstopfen.
„Ein solches Gerät könnten wir in einem Halbleiterreinraum nicht herstellen. Das ist nur möglich, weil diese Geräte 3D-gedruckt werden“, sagte Luis Fernando Velásquez-García, Principal Research Scientist an den Microsystems Technology Laboratories des MIT.
Durch die Anpassung von Durchflussraten und elektrischer Spannung können die Wissenschaftler die Dicke jeder Schicht der Mikrotröpfchen gezielt einstellen. Bei medizinischen Anwendungen könnte eine äußere Schicht das Medikament vor aggressiver Magensäure schützen, während eine zweite Schicht die Freisetzung des Wirkstoffs im Kern in den Darm steuert.
Neben der Skalierung der Produktion ermöglichten die kurzen Durchlaufzeiten des 3D-Drucks dem Team, seine Entwürfe in rascher Folge weiterzuentwickeln. Letztlich hoffen die Forschenden, dass dieser Wandel in der Fertigung den Zugang zu fortschrittlicher Biotechnologie erweitert. Laut Velásquez-García besteht der nächste Schritt darin, „diese Technologie zu demokratisieren, damit ihre Vorteile noch viel mehr Menschen erreichen.“
