Motivation
Die extrusionsbasierte Verarbeitung von biologischen und zellbeladenen Materialien stellt Anwender aus dem Bioprinting vor große Herausforderungen in einem Fertigungsprozess.
Puredyne – im vergangenen Jahr durch ViscoTec gelaunchte Marke für Bioprinting – löst dieses Dilemma und garantiert über den eigens entwickelten Druckkopf eine hochpräzise Dosierung des Materials. Jetzt gehen die Ingenieure den nächsten Schritt und ergänzen den Druckkopf um eine neu entwickelte Heiz- und Kühleinheit namens temperature control b5. Das ermöglicht Anwendern künftig auch eine Kontrolle der thermischen Bedingungen. Im Folgenden werden die Funktionsweise des Gerätes und mögliche Einsatzgebiete beschrieben.
Funktionsweise
Zur Erreichung der gewünschten Temperatur wird ein Peltierelement verwendet, welches sich den namensgleichen Peltiereffekt zu Nutze macht: Beim Anlegen einer Spannung wird eine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten des Peltierelementes erzeugt. Dieser Effekt kann durch eine Umpolung der Spannung umgekehrt werden, wodurch sowohl Kühlen als auch Heizen möglich ist. Der einstellbare Temperaturbereich liegt dabei zwischen 4 – 40 °C. Über die Aluminiumhülse, in die die Puredyne cap eingesteckt wird, überträgt sich die Temperatur an den Kunststoff und an das Material.
Das Peltier erzeugt nur eine Temperaturdifferenz, weshalb auf der anderen Seite des Elements ein Temperaturausgleich mit der Umgebung stattfinden muss. Das wird über einen Lüfter realisiert, der Umgebungsluft über ein Vierkantrohr mit Rippen aus Aluminium ansaugt.
Materialien
Im Bereich Bioprinting gibt es eine Vielzahl an Materialien, die eine exakte Temperatursteuerung benötigen und von denen wir drei vorstellen:
- Zellbeladene Materialien
Für eine maximale Überlebensrate von Zellen ist die konstante und exakt einstellbare Temperatur entscheidend.
- Pluronic
Das Material zeigt bei niedrigen Temperaturen eine geringe Viskosität. Die gewünschte Fließfähigkeit wird durch eine definierte Temperatureinstellung erreicht.
- Gelatine
Sie zählt im Bioprinting zu den Standardmaterialien und gilt als sehr temperatursensibel. Geringe Temperaturen reduzieren die Fließfähigkeit, ein Verklumpen ist die Folge. Zu hohe Temperaturen verändern die Konsistenz hin zu sehr flüssig und verhindern einen Schichtaufbau. Nur die richtige Temperaturführung führt zu guten wiederholbaren Ergebnissen. Das Video veranschaulicht den Fertigungsprozess mit 8%iger Gelatine und einer Temperatur von 33°C.
Zusammenfassung
Mit der temperature control b5 steht ein weiteres Werkzeug im Produktportfolio von Puredyne zur Verfügung, mit dem sich die Anzahl verarbeitbarer Biomaterialien um ein Vielfaches erhöht. Die intuitive und schnelle Integration erleichtert den Einsatz. Anwender machen mit der temperature control b5 damit einen wichtigen Schritt hin zu einer prozesssicheren, exakten und reproduzierbaren Dosierung von biologischen Materialien.