Trautmann, Anika (2019)
Zwei-Photonen-Polymerisation als Methode zur Herstellung medizintechnischer Funktionselemente.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zur Anfertigung von komplexen dreidimensionalen Strukturen für Anwendungen in der Photonik, Mikrofluidik oder Medizintechnik sind dreidimensionale Lithografieverfahren von besonderer Bedeutung. Eine vielversprechende Methode ist dabei das Laserdirektschreiben mittels Zwei-Photonen-Polymerisation. Diese ermöglicht es innerhalb eines Prozessschritts dreidimensionale Strukturen mit einer Genauigkeit im Submikrometerbereich zu generieren. Dafür wird ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge, die sich für Zwei-Photonen-Polymerisation eignet, in ein fotoempfindliches Material fokussiert. Im Bereich des Fokus kommt es bei einer ausreichend hohen Strahlungsintensität zu einer punktuellen Modifikation des Materials. Durch Verfahren des Fokus im Material können zuvor definierte dreidimensionale Objekte präzise angefertigt werden. Das Laserdirektschreiben mittels Zwei-Photonen-Polymerisation hat somit den Vorteil, dass beliebige Formen unabhängig von einer Schicht für Schicht Herstellung und mit einer hohen Genauigkeit hergestellt werden können. Die charakteristische punktuelle Aushärtung des Materials und die daraus resultierende lange Herstellungszeit für makroskopische Objekte begrenzen bislang jedoch die Anwendbarkeit. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Zwei-Photonen-Polymerisation als Methode zur Herstellung medizintechnischer Funktionselemente verwendet und zugleich betrachtet, wie der Herstellungsprozess dabei deutlich optimiert und mit weiteren Methoden in hybriden Verfahren kombiniert werden kann. Zunächst wurde vertiefend auf den Herstellungsprozess eingegangen. Dabei wurde das Gesamtsystem zur Fertigung von dreidimensionalen Objekten verbessert und das Polymerisationsverhalten verschiedener fotoempfindlicher Materialien untersucht. Zudem wurden Konzepte zur Optimierung des Verfahrens betrachtet. Es wurde eine zeitsparende Single-line single-pass Schreibtechnik zur Herstellung von makroskopischen Gerüststrukturen umgesetzt. Das Verhalten von Fibroblasten auf diesen Strukturen wurde studiert und Zelladhäsion, Zellproliferation und dreidimensionales Zellwachstum beobachtet. Durch die Vereinigung des Laserdirektschreibens von Mikronadeln und des Erzeugens von Mikrokanälen mittels Ultrakurzpulslaser wurde überdies ein neuer aussichtsreicher Ansatz zur Herstellung mikronadelbasierter Systeme demonstriert. Ein in dieser Arbeit präsentiertes hybrides Verfahren, welches Laserdirektschreiben und Stereolithografie kombiniert, ermöglicht darüber hinaus eine präzise und schnelle Fertigung von makroskopischen dreidimensionalen Objekten mit hochaufgelösten funktionalen Merkmalen und erweitert damit das Anwendungsspektrum der Zwei-Photonen-Polymerisation im Bereich der Medizintechnik.

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