2PP-3D-Druck in der Medizintechnik 3D-gedrucktes Mikro-Zellkulturlabor erleichtert künstliche Befruchtung

Bei der In-vitro-Fertilisation (IVF) werden Eizellen mit dem aufbereiteten Sperma üblicherweise in einem Reagenzglas zusammengebracht und während der Präimplantationsphase zwischen mehreren Petrischalen verschoben. Mittels 2PP-3D-Druck hergestellte mikrofluidische Chips aus einem neu entwickelten photopolymerisierenden Material ermöglichen nun die Befruchtung, die Kultur und die Kryokonservierung von Embryonen in einem einzigen Bauteil.

Die künstliche Befruchtung per In-vitro-Fertilisation ist nicht nur für die Eltern, sondern auch für die Embryonen eine stressige Zeit. Letztere müssen während der Präimplantationsphase wiederholt wechselnden Bedingungen ausgesetzt werden. Um den Stress für den Embryo zu verringern und die Erfolgsraten der IVF zu erhöhen, hat die australische Firma Fertilis mikrofluidische Chips für die kritische Lebensphase zwischen Befruchtung und Einnistung des Embryos entwickelt und patentiert. Dieses 3D-gedruckte Mikro-Zellkulturlabor weist Strukturen mit einem Durchmesser von 0,05 mm auf. Es ermöglicht eine präzise Überwachung und Steuerung des Kultivierungsprozesses der befruchteten Eizelle und erspart das Verschieben von Zellen zwischen Petrischalen.

Neues Harzmaterial ermöglicht präzisen 3D-Druck

Die winzigen Strukturen, die nur mittels additiver Fertigung hergestellt werden können, erwiesen sich als Herausforderung. Up-Flow, ein von Upnano aus Österreich entwickeltes photopolymerisierendes Material, ermöglicht jetzt den schnellen und präzisen 3D-Druck der mikrofluidischen Chips auf einem Nano-One-2PP-3D-Drucker. Denise Hirner, COO und Mitgründerin von Upnano, erklärt den Vorteil der neuesten Ergänzung des Materialportfolios des Unternehmens: „Up-Flow bietet eine niedrigere Viskosität als jedes andere Material für die Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) mit vergleichbarer Biokompatibilität. Dies ermöglicht eine weitaus bessere Nachbearbeitung, insbesondere die Spülung der sehr feinen Kanäle, um unpolymerisiertes Material zu entfernen und die Reproduzierbarkeit der Strukturelemente zu gewährleisten."

Upnano erreichte dies durch die Auswahl spezieller Basisharze für das Up-Flow-Material, die die Viskosität des Materials niedrig halten, bis eine abschließende UV-Belichtung das Material aushärtet und es gebrauchsfertig macht. Zu den weiteren Vorteilen des Materials gehören laut Upnano eine hohe optische Transparenz – wodurch es sich ideal für mikroskopische Inspektionen der inkubierten Embryonen eignet – und eine sehr geringe Autofluoreszenz.

2PP-3D-Druck von Upnano erstellt Strukturen vom Nano- bis Zentimeterbereich

Fertilis verwendet nun für die additive Fertigung der mikrofluidischen Chips das Material Up-Flow und den Nano-One-Drucker von Upnano. Dieser wurde erst kürzlich an die Australian National Fabrication Facility (ANFF) an der University of South Australia geliefert. Nach eigenen Angaben verbessert sich mit dem 2PP-3D-Drucker nicht nur die Qualität der gedruckten Mikro-Zellkulturlabore, sondern auch die Produktionsgeschwindigkeit. Marty Guavin, CEO von Fertilis, erklärt: "Früher dauerte der 3D-Druck unserer Chips ganze zwei Wochen. Jetzt sind es nur noch vier Stunden. Das ist eine außergewöhnliche Beschleunigung des Produktionsprozesses. Und das Beste ist, dass der Einsatz von Up-Flow zu einer besseren Produktqualität führt als zuvor."

2-Photonen Polymerisation (2PP)

Up Nano gelingt der 3D-Druck über zwölf Größenordnungen

Die Verwendung eines Nano-One-3D-Druckers ermöglicht es auch, die Vorteile seiner Zwei-Photonen-Polymerisation-Technologie voll auszuschöpfen. Diese kann die Fokusbreite des Laserstrahls während des Drucks modulieren. So können größere und kleinere Strukturen in einem Durchgang gedruckt werden, was die Produktionszeit und die Qualität erhöht. Denise Hirner ergänzt: "Die mikrofluidischen Chips von Fertilis haben sowohl feinste Kanäle als auch größere Strukturen, die sie mit den für den Inkubationsprozess notwendigen Schläuchen verbinden. Da der Nano-One in der Lage ist, in verschiedenen Größenordnungen – von Nanometern bis zu Zentimetern – zu drucken, kann er dies alles in einem einzigen Produktionszyklus herstellen." Dadurch wird der dichte Sitz der Schläuche an den Anschlüssen sichergestellt und das Risiko eines Auslaufens eliminiert.

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