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Forschung & Entwicklung Optische Qualitätskontrolle von 3D-gedrucktem Ersatzgewebe

Ersatzgewebe aus dem 3D-Drucker gewinnt in der regenerativen Medizin an Bedeutung. Forscher testen optische Techniken zur Qualitätskontrolle derartiger Gewebe.

Neue Knorpel für Arthrose-Geschädigte, 3D-Modelle menschlicher Gewebe oder Knochenersatz für Tumorpatienten sind durch 3D-Druck-Technologien individuell anpassbar. Die Biofabrikation liefert mithilfe neuester 3D-Drucktechniken Strukturen, die dem natürlichen Gewebe im Aufbau nachgeahmt sind. Dadurch soll eine schnellere und bessere Ausbildung menschlichen Gewebes als mit klassischer Gewebezüchtung erreicht werden. Derzeit existieren jedoch keine Methoden zur Charakterisierung der Strukturen sowohl direkt beim Druck als auch während der Gewebereifung. Solche Messungen müssten zerstörungsfrei ablaufen und auf den Einsatz spezieller Marker verzichten. Es können beispielsweise keine chemischen Farbstoffe verwendet werden, da diese die Gewebereifung der gedruckten Konstrukte beeinflussen können.

Im Forschungsprojekt „PhotonControl“ suchen Wissenschaftler des Universitätsklinikums Würzburg und der Universität Lübeck nach einem geeigneten Verfahren zur Qualitätskontrolle für künstliche Gewebeimplantate. 

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen seiner Förderinitiative „Wissenschaftliche Vorprojekte“ mit rund 240 000 Euro finanziert.

Da die Druckzeiten bei der Biofabrikation zwischen wenigen Minuten bei sehr einfachen Konstrukten und teilweise Stunden liegen, und die Strukturen vergleichsweise groß sind, seien die Hauptanforderungen an die Messmethoden nicht kurze Messzeiten oder hohe Auflösung. Vielmehr gehe es darum, die relevanten chemischen, biochemischen und morphologischen Informationen zu erfassen. Wegen der teilweise langen Druckzeiten sei außerdem eine Charakterisierung bereits während des Druckens wünschenswert.

Zwei Techniken sind nach Ansicht der Wissenschaftler geeignet, diese Anforderungen zu erfüllen: die optische Kohärenztomographie (OCT) und die Raman-Spektroskopie. Beide Verfahren kommen ohne Farbstoffe als Marker aus und schädigen das Gewebe nicht. In ihren Eigenschaften ergänzen sie sich gut: OCT ermöglicht eine strukturelle Bildgebung in Echtzeit und kann mechanische Eigenschaften quantitativ messen. Die Raman-Spektroskopie liefert molekulare Informationen zur chemischen und biochemischen Charakterisierung dreidimensionaler Gewebestrukturen.

Ziel des Forschungsprojekts ist die grundlegende Erforschung der Kombination beider optischer Verfahren zur Inprozesskontrolle beim 3D-Druck von Gewebemodellen und Gewebeimplantaten. Dazu werden die 3D-gedruckten Thermoplaste und Hydrogele zunächst mit klassischen Methoden und anschließend mittels OCT und Raman untersucht.

www.uni-wuerzburg.de

www.bmo.uni-luebeck.de

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