2 Kopf-Zentrifugen-Elektrospinnanlage mit integriertem 3D-Drucker

• Fachliche Zuordnung: Produktionstechnik ; Materialwissenschaft ; Mechanik und Konstruktiver Maschinenbau
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432076721

Die Untersuchung und Charakterisierung von Strukturproteinen und die Entwicklung von innovativen high performance Materialien für die Medizintechnik stehen im Fokus der eigenen Forschungsarbeiten. Dabei nimmt das Gebiet der Material- und Methodenentwicklung zur Herstellung von Gerüststrukturen für den Einsatz in der regenerativen Medizin einen zentralen Aspekt der Aktivitäten ein. Zur Verarbeitung von (Protein-)Materialien sind variable Methoden zur Herstellung von Fasern, Vliesen, Filmen, Schäumen, Partikeln und Hydrogelen etabliert, darunter Nass-, Elektro- und biomimetisches Spinnen sowie Mikrofluidik-basierte Spinnmethoden. Die Generierung von definierten 2D- und 3D-Strukturen für die Anwendung z.B. in den Gebieten der Wirkstofftransport-Systeme, Geweberekonstruktion (tissue engineering) und Biofabrikation ist dabei immens wichtig. Um die Limitationen in der Flexibilität der erzielbaren Morphologien – insbesondere im Bezug zu hochaufgelösten, definierten 3D-Strukturen – und in den Produktionsraten beim klassischen Elektrospinnen zu überwinden, sowie um bisher nicht mögliche Synergieeffekte von separaten Prozessierungstechnologien wie z.B. Elektrospinnen und 3D-Druck in einem Gerät zu nutzen, soll hier eine neuartige Zentrifugen-Spinnanlage für (bio)polymere Spinnlösungen zur Generierung von hierarchisch organisierten 3D-Schichtstrukturen etabliert werden, die aus 2 Spinnköpfen, einem integrierten 3D-Drucker inklusive einer Schmelz-Elektro-Spinn–Funktionalität, einer Nachbehandlungsstrecke, sowie einer Prozessanalyse mit online-Viskosimeter, Hochgeschwindigkeitskameras und digitaler Prozesskontroll-Software besteht. Zentrifugen-Elektrospinnen ist eine Prozessierungstechnologie im Bereich Fasermaterialien, die auf einer Kombination von Zentrifugalkräften, Elektrostatik, und Gravitation basiert, die auf den Spinnlösungsstrahl wirken. Wenn diese Kräfte die Strahloberflächenspannung und den Viskositätswiderstand übersteigen, wird der Strahl vollständig gestreckt und es werden ultradünne Fasern gebildet. CES vereint demnach die Vorteile von zwei Verfahren, das Elektrospinnen und das Zentrifugalspinnen. Um neue Funktionalitäten von Vliesmaterialien mit definierten hierarchischen 3D-Strukturen durch die integrierte Kombination aus CES und 3D-Druck zu erreichen, den Einfluss von 2 Spinnköpfen zur simultanen Verwendung von 2 verschiedenen (Bio)Polymeren auf die Bildung von Vliesmaterialien zu untersuchen, eine kontinuierliche Produktion und eine detaillierte Analyse von relevanten Parametern der Vliesbildung zu ermöglichen, ist die geplante 2 Kopf- Zentrifugen-Elektrospinnanlage von enormer Wichtigkeit. An der Universität Bayreuth existiert bislang kein vergleichbares Gerät, welches CES in Kombination mit 3D-Druck/ MEW in der dargestellten und benötigten Form ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: 2 Kopf-Zentrifugen-Elektrospinnanlage mit integriertem 3D-Drucker
• Gerätegruppe: 2230 Textilmaschinen
• Antragstellende Institution: Universität Bayreuth
• Leiter: Professor Dr. Thomas Scheibel