Plasmabehandeling tijdens het 3D-printen verbetert acceptatie van implantaten

Oppervlaktefunctionaliteit via een in de additieve productie geïntegreerde plasma-bron. © Fraunhofer IST, Falko Oldenburg / Oppervlaktefunctionalisatie via een plasma-bron geïntegreerd in de additieve productie. © Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

Plasmabehandeling van een 3D-geprint onderdeel. © Fraunhofer IST, Paul Kurze / Plasma behandeling van een 3D-geprint onderdeel. © Fraunhofer IST, Paul Kurze

Kunstmatige heupgewrichten, op maat gemaakte hartkleppen of passende bloedvaten – implantaten, vooral gebaseerd op zogenaamde scaffolds, d. h. 3D-geprinte geraamtestructuren, spelen een steeds grotere rol in de regeneratieve en gepersonaliseerde geneeskunde. Belangrijk is dat de scaffolds goed door de lichaamscellen worden geaccepteerd en dat geen afstotingsreacties optreden. Een voorbehandeling met plasma kan hiervoor de voorwaarden scheppen. In het Centrum voor Medische en Farmaceutische Technologie is het onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST gelukt om een plasma-bron te integreren in een 3D-printer, zodat het oppervlak kan worden gemodificeerd. Het doel is om de scaffolds al tijdens het printproces met plasma te behandelen, om de gewenste eigenschappen te creëren.

Door een behandeling met plasma kan het oppervlak van de geprinte implantaten of de afzonderlijke filamenten worden gewijzigd. Er ontstaan zuurstofhoudende groepen die de bevochtbaarheid van de scaffold verbeteren en daarmee ook de verdeling van de cellen in en op de scaffold vergemakkelijken. Wanneer aan het plasma een zogenaamde laagvormer wordt toegevoegd, kunnen op de geraamtestructuren aanvullende functionele groepen worden gegenereerd die een chemische binding of elektrostatische interacties kunnen aangaan met hele cellen of biomoleculen. Op deze manier kan bijvoorbeeld de celd adhäsie worden verbeterd of kunnen eiwitten, zoals antilichamen, aan de oppervlakken worden gebonden. De beschreven technologie is niet alleen interessant voor implantologie, maar ook bij de productie van 3D-geprinte geneesmiddelen, bijvoorbeeld wanneer de hechting tussen verschillende materialen moet worden ingesteld.

Momenteel wordt voor de plasmabehandeling een puntbron gebruikt, waarmee de geprinte structuren op een relatief klein oppervlak hoog-resoluut kunnen worden gemodificeerd. Het bijzondere is dat de bron zelf klein genoeg is om in een gangbare 3D-printer met lage bouwhoogte te worden geïntegreerd. Hierdoor kan de behandeling direct worden gekoppeld aan het printproces en zonder verdere aanpassingen na het printen van een laag worden uitgevoerd. Het lange-termijndoel is het gebruik van een ringbron, die rondom de printkop wordt gemonteerd en zo een modificatie van het oppervlak mogelijk maakt tijdens het printproces.

Achtergrondinformatie over het Fraunhofer Centrum voor Medische en Farmaceutische Technologie

Het doel van het Centrum voor Medische en Farmaceutische Technologie is om als innovatieleider ideeën snel in de praktijk te brengen – steeds met een bijzondere focus op de veiligheid van de gebruikers. Daartoe combineren de Fraunhofer-instituten ITEM en IST evenals de Fraunhofer-eenheid IMTE hun expertise en ontwikkelen in nauwe samenwerking met universiteiten en organisaties nieuwe medische technologie. Als netwerk van interdisciplinaire experts biedt het centrum opleidingsconcepten en vakoverstijgende knowhow en schept het ideale voorwaarden voor het versnellen van de wetenschappelijke ontwikkeling van de medische en farmaceutische technologie naar toepassing voor de patiënt. Het aanbod omvat advies- en ontwikkelingsdiensten op het gebied van neuro- en inhalatietechnologie, evenals farmaceutische processtechnologie op het gebied van beeldvorming, additieve productie, medicatieformulering en aerosoltechniek.