Akustofluidik-unterstützte additive Fertigung von funktionalisierten Materialien für biomedizinische Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Ghulam Destgeer
• Fachliche Zuordnung: Biomedizinische Systemtechnik ; Biomaterialien ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567108437

Biofabrikationstechniken ermöglichen die Herstellung komplexer biologischer 3D-Gewebekonstrukte durch die räumliche Anordnung von Zellen innerhalb einer mechanisch optimierten Matrix. Das extrusionsbasierte 3D-Bioprinting ist eine weit verbreitete Technik, die die Herstellung programmierbarer 3D-Konstrukte durch Auftragen mehrerer Schichten zellbeladener Hydrogele ermöglicht. Diese Technik leidet jedoch unter der statischen Natur der Extrusionsdüsen, die ihre Anwendbarkeit bei der Herstellung biomimetischer Gewebekonstrukte einschränkt. In diesem Projekt wollen wir, das Destgeer-Labor an der Technischen Universität München (TUM) und das Park-Labor an der Chonnam National University (CNU), Korea, unser Fachwissen in den Bereichen Mikrofluidik, Akustofluidik und Strömungslithographie nutzen, um die räumliche und zeitliche Auflösung des grundlegenden Bausteins des extrusionsbasierten 3D-Bioprinting, der extrudierten Mikrofaser oder des Mikrofilaments, auf Mikroebene zu verbessern. In diesem Projekt werden wir einen 3D-Druckkopf mit einer integrierten akustofluidischen Düse bauen, um gewebeähnliche Konstrukte herzustellen. In diesem Projekt werden wir zwei Möglichkeiten erforschen, um den Fluss von Multimaterial-Hydrogelvorläufern in dynamischen räumlich-zeitlichen Querschnittsformen aktiv zu formen, indem wir Konfigurationen mit paralleler und gekreuzter aktiver Flussformung verwenden. Aufbauend auf unserer Erfahrung in der Durchführung numerischer Simulationen mikrofluidischer laminarer Strömungen werden wir eine Software zur schnellen Modellierung von Querschnittsströmungsprofilen entwickeln, um die experimentellen Kosten zu senken und neuen Nutzern einen einfachen Einblick in die Strömungsformungsfähigkeiten unserer Plattformen zu geben. Wir werden eine eingehende Studie durchführen, um den Aushärtungsprozess dieser geformten Vorläufer durch ionische, UV-basierte und akustothermische Vernetzung zur Herstellung von Mikrofasern zu optimieren. Im Rahmen dieses Projekts werden wir mehrere Möglichkeiten zur dynamischen Steuerung der mechanischen Eigenschaften von Hydrogel-Mikrofasern erforschen, indem wir ihre Querschnittsform, Größe, Zusammensetzung, Steifigkeit und den Gelierungsprozess optimieren. Dies wird es uns ermöglichen, Hydrogelkonstrukte mit einem dynamischen Druckmodulbereich (1-60kPa) für den Aufbau biomimetischer Gewebegerüste herzustellen. Darüber hinaus werden biomimetische Gewebekonstrukte wie Herz- und gefäßähnliche Gewebe mit Hilfe eines akustofluidischen Druckkopfes als Konzeptnachweis 3D-gedruckt, um das Potenzial der dynamischen Steuerung der Eigenschaften des Gerüsts zur Verbesserung der Gewebereifung und -funktionalität zu demonstrieren. Das Projekt wird uns dabei helfen, durch die Entwicklung eines 3D-Drucksystems der nächsten Generation die Grundlage für die künftige Herstellung von 3D-Modellen zu schaffen, die mit Hilfe von Gewebe hergestellt wurden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südkorea
• Partnerorganisation: National Research Foundation of Korea, NRF
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jinsoo Park, Ph.D.