Technisches Gebiet Technical Field
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur schichtweisen Herstellung von 3D-Strukturen mit einer Druckkopfanordnung, die relativ zu einer Arbeitsebene kontrolliert positionierbar ist und mit wenigstens zwei Reservoirbehältern verbunden ist, in denen flüssig bis pastöses photovernetzbares Material mit jeweils unterschiedlichen Photoempfindlichkeiten bevorratet ist, das jeweils über die Druckkopfanordnung in den Bereich der Arbeitsebene ortsselektiv ausbringbar ist, sowie mit einer Strahlungsquellenanordnung, die elektromagnetische Strahlung in Abhängigkeit der Photoempfindlichkeit des ortsselektiv auf die Arbeitsebene ausgebrachten photovernetzbaren Materials flächig emittiert. The invention relates to an apparatus and a method for layerwise production of 3D structures having a print head assembly which is controlled relative to a working level can be positioned and is connected to at least two reservoir containers, in which stored liquid to pasty photocrosslinkable material, each with different photosensitivities that is site-selectively deployable respectively over the printhead assembly in the field of occupational level, as well as a radiation source device that emits electromagnetic radiation surface depending on the photosensitivity of the site-selectively discharged to the working level linkable material.
Stand der Technik State of the art
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Die Herstellung großvolumiger Teile von mehreren Kubikzentimetern Größe, die zudem über sehr feine Strukturierungen oder Strukturunterbereiche im Mikro- und Submikrometerbereich verfügen, stellt eine verfahrenstechnische Herausforderung dar. Sollen derartige Teile überdies möglichst in einstückiger Bauform und mit einer hohen Formfreiheit hergestellt werden können, so bieten sich für ein derartiges technisches Vorhaben bevorzugt oder letztlich ausschließlich Techniken auf dem Gebiet generativer Herstellverfahren an. The manufacture large parts of several cubic centimeters in size, which also have very fine structuring or structure sub-regions in the micrometer and sub-micrometer range, represents an engineering challenge. If such parts also can be made possible in a one-piece design with a high form of freedom, so offer for such a technical project may ultimately preferred or exclusive techniques in the field of generative manufacturing processes.
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In diesem Zusammenhang ist ein laserbasiertes Aufbauverfahren gemäß dem Stereolithographie-Verfahren, kurz SL-Verfahren zu nennen, bei dem ein in einer Arbeitsebene flächig als Schicht aufgetragener, lichtaushärtender Kunststoff von einem Laser ortsselektive ausgehärtet wird. In this connection, a laser-based assembly method according to the stereolithography method, to name a short SL-process in which a surface-applied as a layer in a work plane, lichtaushärtender plastic is cured site-selective by a laser. Die Prozedur erfolgt in einem Bad, welches mit einem flüssigen oder pastösen Basismaterial des lichtempfindlichen Kunststoffes gefüllt ist. The procedure is carried out in a bath which is filled with a liquid or pasty base material of the photosensitive resin. Die sich ortsselektiv durch Laserlicht induzierte Materialverfestigung ausbildenden Strukturbereiche in der Arbeitsebene werden in einem nächsten Schritt um den Betrag einer Schichtstärke nach unten in das Bad verfahren, so dass sich erneut eine Kunststoffschicht über den verfestigten Strukturbereichen innerhalb der Arbeitsebene ausbilden kann. Which site-selectively forming by laser light induced strain hardening structural regions in the working plane are, in a next step procedure by the amount of thickness down into the bath, so that can form a plastic layer over the solidified structure areas within the working plane again. Eine Vergleichmäßigung der sich erneut ausbildenden Kunststoffschicht erfolgt üblicherweise mit einer Wischereinheit. An equalization of again forming plastic layer is usually a wiper unit. Unter Zugrundelegung von CAD-Daten, die die Form der herzustellenden Struktur beschreiben, wird der Laserstrahl kontrolliert durch bewegliche Spiegel längs der Arbeitsebene bewegt, so dass sich die belichteten Kunststoffschichtbereiche verfestigen und sich mit den bereits in einer Schichtlage unteren bereits verfestigen Strukturen einstückig verbinden. On the basis of CAD data describing the shape of the structure to be produced, the laser beam is controlled by movable mirror is moved along the working level, so that solidify the exposed plastic layer regions and connect one piece with the bottom already in a coating layer already solidified structures. Diese Prozessabfolge wird schritt- bzw. schichtweise solange wiederholt bis sich nach und nach eine dreidimensionale Struktur entsteht. This process sequence is gradual or repeated layers formed until gradually a three-dimensional structure. Beispielsweise ist aus der For example, from the DE 100 24 618 A1 DE 100 24 618 A1 ein derartiges stereolithographisches Verfahren zur Erzeugung dreidimensionaler Gegenstände bekannt, die durch Bestrahlen flüssiger bis gelartiger Silikonkautschuke mit IR-Laser aufgebaut werden. such a stereolithographic method for generating three-dimensional objects are known which are constituted by irradiating a liquid to a gel-like silicone rubbers with IR laser.
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SL-Verfahren haben aber den Nachteil, dass nur ein einziges Material für den Aufbau einer dreidimensionalen Struktur verwendet werden kann. But SL-processes have the disadvantage that only a single material can be used for the construction of a three-dimensional structure. Hinzukommt, dass die Strukturauflösung, dh die Strukturgrößendimensionierung, begrenzt ist, so dass Mikro- und vor allem Submikrometerstrukturen auf diese Weise nicht herstellbar sind. Add to this that the structure resolution, ie the structure size sizing is limited, so that micro and especially submicron can not be produced in this way. Auch sind Grenzen hinsichtlich der elastischen Struktureigenschaften gesetzt, zumal die mit dem SL-Verfahren verarbeitbaren Kunststoffmaterialien über formstabile und damit gering elastische Eigenschaften verfügen. Also, there are limits in terms of the elastic structural properties, especially the processed with the SL process plastic materials have inherently stable and thus low elastic properties.
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Eine weitere Verfahrensvariante für die Herstellung einstückiger Strukturen oder Bauteile mittels generativer Herstellungsverfahren stellt die so genannte 3D-Drucktechnik dar, die ein Fertigen dreidimensionaler Teile mit beinahe unbegrenzter Geometriefreiheit erlaubt und dies unter Verwendung mehrerer unterschiedlicher Materialien, so dass beispielsweise Elastizitäten ortselektiv eingestellt werden können. Another variant of the method for the production unitary structures or components using generative manufacturing process is the so-called 3D printing technology, which allows Customise three-dimensional parts with almost unlimited geometric freedom and so, for example, that elasticities can be set ortselektiv using several different materials. Durch die einstückige Herstellung der Strukturen, kann auf ein späteres Fügen von Einzelteilen zur Herstellung komplexer Strukturen vollständig verzichtet werden. The one-piece fabrication of the structures can be completely eliminated later joining of parts to produce complex structures. Somit löst dieses Verfahren bereits einen Großteil der mit dem SL-Verfahren verbundnen Probleme. Thus, this method solves already a large part of verbundnen with the SL process problems.
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In der In the US 6 658,314 B1 US 6 658.314 B1 ist ein vorstehend erwähntes 3D-Druckverfahren beschrieben, das eine Druckkopfanordnung nutzt, die relativ zu einer Arbeitsebene kontrolliert verfahrbar und positionierbar ist und mit wenigstens zwei Reservoirbehältern verbunden ist, in denen flüssig bis pastöses photovernetzbares Material mit jeweils unterschiedlichen Photoempfindlichkeiten bevorratet ist. describes an above mentioned 3D printing method using a print head assembly which is controlled relative to a working plane moved and positioned and is connected to at least two reservoir containers, in which liquid stored to pasty photocrosslinkable material, each with different photosensitivities. Je nach Druckvorgabe, die letztlich durch einen CAD-Datensatz bestimmt ist, der die räumliche Ausbildung der herzustellenden Struktur beschreibt, wird ein geeignet gewähltes photovernetzbares Material über die Druckkopfanordnung in den Bereich der Arbeitsebene ortsselektiv ausgebracht. Depending on the pressure setting, which is ultimately determined by a CAD data set that describes the spatial configuration of the structure to a suitably chosen photocrosslinkable material on the printhead assembly in the area of the working plane is applied site-selectively. Typischerweise erfolgt ein Zweikomponentenaustrag aus der Druckkopfanordnung in die Arbeitsebene dergestalt, dass das photovernetzbare Material, das zur Ausbildung der Struktur dient, das so genannte Strukturmaterial, von einem Stützmaterial zumindest teilweise umgeben oder unterfüttert wird, das nicht notwendiger Weise aus einem photovernetzbaren Material bestehen muss. Typically, a Zweikomponentenaustrag from the print head assembly into the working level such that the photocurable material that is used to form the structure, the so-called structural material is at least partially surrounded or lined by a supporting material which does not necessarily have to consist of a photocurable material. Im Anschluss wird mit einer Strahlungsquellenanordnung, die elektromagnetische Strahlung in Abhängigkeit der Photoempfindlichkeit des ortsselektiv auf die Arbeitsebene ausgebrachten photovernetzbaren Materials flächig emittiert, eine lichtinduzierte Verfestigung des Strukturmaterials. Following is a radiation source arrangement that emits electromagnetic radiation as a function of the photosensitivity of the site-selectively discharged to the working level linkable material surface, a light-induced hardening of the structural material. Der Vorgang des ortsselektiven Materialaustrages in der Arbeitsebene, der einem herkömmlichen Druckvorgang ähnelt, sowie der nachfolgende ganzflächige Beleuchtungsvorgang der Arbeitsebene wird vielfach wiederholt, wobei bereits verfestigte Strukturen gegenüber der Arbeitsebene abgesenkt werden, sodass die beiden Prozessschritte stets zur Neubildung von sich verfestigenden Strukturen in der Arbeitsebene dienen, wodurch eine dreidimensionale Struktur durch schicht- bzw. lagenweises Anwachsen entsteht. The process of site-selective material discharge in the working plane, similar to a conventional printing process, and the subsequent full-surface illumination operation of the working plane is often repeated, already solidified structures relative to the working level to be lowered so that the two process steps always required for new solidifying structures in the working plane serve to give a three-dimensional structure by layer- or layerwise growth occurs. [0007] [0007]
Das bekannte Druckverfahren ist jedoch in der möglichen Strukturauflösung begrenzt und vermag keineswegs räumliche Strukturen mit Mikro- oder Submikrometer großen Unterstrukturen herzustellen. The well-known printing method is limited in the possible structural resolution and can in no way spatial structures with micro- or submicron produce large substructures. Unter Ausnutzung modernster Druckköpfe und mit bestens auf den Druck-Prozess abgestimmten Materialien sind derzeit Auflösungen von ca. 10 μm erreichbar. Taking advantage of the latest printing heads and with well-matched to the printing process materials are currently resolutions of about 10 microns accessible.
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Um Strukturen mit Strukturdimensionen von weniger als 10 μm im Rahmen generativer Herstellungsverfahren zur realisieren wird die so genannte Multiphotonenpolymerisation angewandt. The so-called multiphoton is in order to realize structures with structural dimensions of less than 10 microns under generative manufacturing method applied. Dieses Verfahren funktioniert ähnlich wie die Stereolithographie auf Basis der Vernetzung von Präpolymeren durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl. This method works similarly to the stereolithography based on the crosslinking of the prepolymer by irradiation with a laser beam. Wie beim SL-Verfahren wird auch bei der Multiphotonenpolymerisation, kurz MPP, innerhalb eines Bades aus flüssigem photovernetzbarem Kunststoffmaterial in einer Arbeitsebene eine flächige photovernetzbare Materialschicht mit einer Wischereinheit hergestellt, die mit einem hochintensiven, fokussierten Laserstrahl ortsselektiv unter Vorgabe eines festgelegten Bestrahlungsmusters beleuchtet wird. As with the SL process a planar photocurable material layer having a wiper unit is also manufactured in the multiphoton just MPP, within a bath of liquid photovernetzbarem plastic material in a work plane is illuminated with a high intensity focused laser beam spatially selectively setting a fixed radiation pattern. Insbesondere dienen zur Zwei- oder Mehrphotonenanregung Kurzpulslaser, die in der Lage sind Pico- bis Ferntosekundenpulse zu erzeugen, um auf diese Weise einen hohen Energieeintrag in ein kleines Volumen von wenigen Femtolitern in kurzer Zeit zu konzentrieren, in dem das Kunststoffmaterial verfestigende Multiphotonenprozesse ausgesetzt wird. In particular, serve to two- or multi-photon excitation of short-pulse lasers, which are able to generate the pico to Ferntosekundenpulse to concentrate in this way a large amount of energy in a small volume of a few femtoliters in a short time, where it is exposed to the plastic material solidifies multiphoton processes. Ein derartiges Verfahren ist bspw. in der Such a method is, for example, in the DE 10152 878 B4 EN 10152 878 B4 beschrieben. described. Das MPP-Verfahren besitzt jedoch drei Nachteile: The MPP method, however, has three disadvantages: - (a) Es können zur Generierung von 3D-Strukturen typischerweise nur kleine Prozessgeschwindigkeiten benutzt werden, wodurch ein Aufbau von makroskopischen Bauteilen in einer annehmbaren Zeit nicht möglich ist. (A) It can typically only process small speeds are used, whereby a structure of macroscopic components in a reasonable time is not possible to generate 3D structures.
- (b) Wie beschrieben nutzt das MPP-Verfahren ein Polymerbad. (B) As described MPP process uses a polymer bath. Strukturen bestehend aus mehreren Materialien sind mittels MPP-Verfahren schwer bis gar nicht zu realisieren. Structures consisting of several materials are difficult to impossible to achieve using MPP method to.
- (c) Aufgrund der notwendigen starken Fokussierung und der im Polymer bestehenden Absorption und Streuung ist die Eindringtiefe in das Polymerbad auf Größen von ca. kleiner 1 mm begrenzt. (C) Due to the necessary strong focus and existing in the polymer absorption and scattering is limited to sizes of about less than 1 mm, the depth of penetration into the polymer bath.
Darstellung der Erfindung Summary of the Invention
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur schichtweisen Herstellung von 3D-Strukturen, die sowohl über makroskopische Dimensionen von wenigstens einigen Kubikzentimeter Größe sowie auch Strukturdimensionen im Mikro- und/oder Submikrometerbereich aufweisen, anzugeben. The invention has for its object an apparatus and a method for layered fabrication of 3D structures having both macroscopic dimensions of at least some cubic centimeter size as well as structural dimensions in the micrometer and / or submicrometer specify. Die 3D-Strukturen sollen in für industrielle Maßstäbe vertretbaren Produktionszeiten realisierbar sein. The 3D structures are to be realized within acceptable for industrial scale production times. Ferner soll es möglich sein die 3D-Strukturen mit unterschiedlichen Materialien und Materialeigenschaften in einstückiger Bauweise herzustellen. Furthermore, it should be possible to produce the 3D structures with different materials and material properties in one-piece construction. Die hierzu zu treffenden Maßnahmen sollen die Verwendung von biokompatiblen Werkstoffen zur Herstellung der 3D-Strukturen nicht ausschließen, so dass die Herstellung biologischer Strukturen grundsätzlich möglich sein soll. The measures to be taken for this purpose shall not preclude the use of biocompatible materials for the production of 3D structures, so that the production of biological structures should be possible in principle.
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Eine lösungsgemäße Vorrichtung ist Gegenstand der Anspruches 1. Lösungsgemäßes Verfahren ist in Anspruch 16 beschrieben. A device according to the solution is the subject of claim 1. Solution Due process is described in claim 16. Lösungsgemäße Verwendungen der Vorrichtung zur Herstellung bestimmter 3D-Strukturen ist Gegenstand der Ansprüche 11 bis 15. Eine lösungsgemäß ausgebildete dreidimensionale Struktur ist Gegenstand des Anspruches 41. Sämtliche lösungsgemäßen Gegenstände werden durch die Merkmale der Unteransprüche sowie durch weiterführende Erläuterungen in vorteilhafter Weise weitergebildet. Solution Proposed uses of the apparatus for the manufacture of certain 3D structures is the subject of claims 11 to 15. A solution designed according to the three-dimensional structure is subject matter of claim 41. All according to the solution objects are further developed by the features of the claims, and by further explanations in an advantageous manner.
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Die lösungsgemäße Vorrichtung geht von einer an sich bekannten Vorrichtung zur schichtweisen Herstellung von 3D-Strukturen aus, die zur Durchführung der eingangs erläuterten 3D-Drucktechnik ausgebildet ist. The device according to the solution starts from a known device for layered fabrication of 3D structures, which is designed to carry out the above-described 3D printing technology. So ist eine Druckkopfanordnung vorgesehen, die relativ zu einer Arbeitsebene kontrolliert positionierbar ist und mit wenigstens zwei Reservoirbehältern verbunden ist, in denen flüssig bis pastöses photovernetzbares Material mit jeweils unterschiedlichen Photoempfindlichkeiten bevorratet ist. Thus, a printhead assembly is provided which is controlled relative to a working plane and be positioned is connected to at least two reservoir containers, in which is stored liquid to pasty photocrosslinkable material, each with different photosensitivities. Über die Druckkopfanordnung ist das jeweilige photovernetzbare Material in den Bereich der Arbeitsebene ortsselektiv ausbringbar. About the printhead assembly each photocurable material is site-selectively deployable in the area of the working plane. Mit Hilfe einer Strahlungsquellenanordnung, die elektromagnetische Strahlung in Abhängigkeit der Photoempfindlichkeit des ortsselektiv auf die Arbeitsebene ausgebrachten photovernetzbaren Materials flächig emittiert, wird schließlich das ortsselektiv ausgebrachte Material verfestigt. By means of a radiation source assembly that emits electromagnetic radiation area in dependence of the photosensitivity of the site-selectively discharged onto the working plane photocrosslinkable material, finally, the site-selectively expelled material is solidified. Lösungsgemäß umfasst die Strahlungsquellenanordnung wenigstens eine Laserlichtquelle, deren Laserstrahl mithilfe optischer Strahlablenk- und Fokussiermittel in einen Bereich einer auf die Arbeitsebene mittels der Druckkopfanordnung flächig ausbringbaren photovernetzbaren Materialschicht fokussierbar ist und im Fokusbereich innerhalb der photovernetzbaren Materialschicht Zweiphotonen- oder Mehrphotonenprozesse, die zur ortsselektiven Verfestigung des photovernetzbaren Materials führen, initiiert. According to the solution, the radiation source means at least one laser light source, the laser beam with optical beam deflection and focusing in a region of the working plane by means of the printhead assembly area deployable linkable material layer is focusable and in the focus area within the photo-crosslinkable material layer two-photon or multiphoton processes for site-selective hardening of the photo-crosslinkable material lead initiated.
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Die lösungsgemäße Vorrichtung vereint somit Vorteile und vermeidet die Nachteile, die jeweils mit der bekannten 3D-Drucktechnik sowie dem MPP-Verfahren verbunden sind. Thus, the device according to the solution combines the advantages and avoids the disadvantages associated with each of the known 3D printing technology as well as the MPP process. Ferner überwindet die lösungsgemäße Vorrichtung die Unterschiedlichkeit beider einzelnen Verfahrensvarianten. Furthermore, the device according to the solution overcomes the diversity of both individual process variants. So werden bei dem herkömmlichen 3D-Druckverfahren die Materialien ortsselektiv aufgetragen, danach erfolgt eine flächige Bestrahlung der Arbeitsebene mit den darauf ortsselektiv aufgebrachten Strukturen. Thus, in the conventional 3D printing process, the materials are applied site-selectively, then there is a uniform exposure to the working level with the subsequent site-selectively applied structures. Demgegenüber geht das herkömmliche MPP-Verfahren von einem vollfächigen Bad aus flüssigem photovernetzbaren Material auf der Arbeitsebene aus, wohingegen die Verfestigung des photovernetzbaren Materials durch ortsselektive Bestrahlung erfolgt. In contrast, the conventional MPP method is based on a vollfächigen bath of liquid photocurable material at the working level, whereas the solidification of the photocurable material is produced by site-selective irradiation.
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In der lösungsgemäßen Vorrichtung vermag die Druckkopfanordnung neben einem ortsselektiven Materialaustrag durch entsprechende an der Druckkopfanordnung vorgesehene einzelne Druckkopfdüsen auch einen Austrag von fotovernetzbarem Material zu realisieren, das unter Ausbildung einer flächigen Schicht mit einer einheitlichen Schichtdicke und einer planen Schichtoberfäche auf die Arbeitsebene ausbringbar ist. In the solution according device, the print head assembly adjacent to a site-selective material discharge can be realized by appropriate provided on the print head assembly single printhead nozzles and a discharge of photocrosslinkable material on the work plane can be discharged to form a flat layer with a uniform layer thickness and a plan Schichtoberfäche.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Druckkopfanordnung wenigstens zwei, insbesondere eine Vielzahl, insbesondere 50 bis 200 Druckdüsen auf. In a preferred embodiment, the print head assembly at least two, in particular a plurality of, in particular 50 to 200 pressure nozzle.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Druckkopfanordnung sieht diese eine Vielzahl längs einer Linie angeordnete Druckdüsen vor, durch die das jeweils fotovernetzbare Material gleichmäßig verteilt ausbringbar ist. In a preferred embodiment of the printhead assembly this provides a variety arranged along a line pressure nozzles through which the respective photo-crosslinkable material can be discharged evenly distributed. Während des Materialaustrages wird die Druckkopfanordnung vorzugsweise orthogonal zur linienhaften Anordnung der einzelnen Druckdüsen relativ zur Arbeitsebene bewegt. While the material discharge the printhead assembly is preferably moved perpendicular to the line-like arrangement of the individual pressure nozzle relative to the working plane. Mit Hilfe einer derart ausgebildeten Druckkopfanordnung ist es möglich, auf die Bevorratung eines im flüssigen Zustand befindlichen fotovernetzbaren Materials innerhalb eines Bades, wie dies für die herkömmliche Ausführung von MPP-basierten mikrostrukturierten Polymerisationsprozessen der Fall ist, zu verzichten und stattdessen innerhalb der mittels 3D-Drucktechnik bzw. Inkjetdruck makroskopisch ortselektiv ausgebrachten gleichmäßigen, flächigen Schichten aus flüssigem fotovernetzbarem Material mittels MPP mikroskopische zwei- oder dreidimensionale Sub-Strukturen zu verfestigen. With the help of such trained printhead assembly, it is possible to dispense with the stocking of in the liquid state photo-crosslinkable material within a bath, as is the case for the conventional version of MPP-based microstructured polymerization, and instead within the means of 3D printing technology by MPP to solidify or inkjet printing macroscopically ortselektiv yielded uniform planar layers of liquid photocrosslinkable material microscopic two- or three sub-structures. Durch die lösungsgemäße Ausbildung der Druckkopfanordnung und Strahlungsquellenanordnung ist die konstruktive Voraussetzung geschaffen, die an sich bekannte 3D-Drucktechnik mit der MPP-Verfahrensvariante innerhalb einer einzigen Vorrichtung zu kombinieren. Through the training according to the solution of the printhead assembly and radiation source assembly constructive condition is created to combine the known per se, 3D printing technology with the MPP process variant within a single device.
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Darüber hinaus ist in vorteilhafter Weise dafür Vorsorge getroffen, dass beide innerhalb der Vorrichtung kombiniert anzuwendenden Verfahrenstechniken, dh 3D-Drucktechnik sowie MPP-Verfahrenstechnik keine störende Fotoquerempfindlichkeiten aufweisen, dh die ganzflächige Bestrahlung der Arbeitsebene mit dem darauf ortsselektiv aufgebrachten fotovernetzbarem Material im Wege der Drucktechnik vermag eine bspw. bereits in einem vorangegangenen Prozessschritt flächig auf der Arbeitsebene unter Anwendung des MPP-Verfahrens aufgebrachte fotovernetzbare Materialschicht nicht zu beeinträchtigen. Moreover, taken in an advantageous manner for prevention, both within the device combined procedures to techniques that 3D printing technology and MPP process technology have no disturbing photo cross-sensitivities, ie the whole surface irradiation of the working level on site-selectively applied photocrosslinkable material by way of printing technology can flat on the working plane using the MPP process not to compromise the example. already in a previous process step applied photo-crosslinkable material layer. Hierzu werden für die jeweils unterschiedlichen Verfahrensweisen jeweils fotovernetzbares Material gewählt, dessen Fotoempfindlichkeiten sich deutlich voneinander unterscheiden. For this purpose, each photo-crosslinkable material can be selected for each different procedures, whose photo sensitivities are significantly different from each other.
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Somit ist es erforderlich innerhalb der Reservoirbehälter jeweils fotovernetzbares Material zu bevorraten, das über optisch unterschiedliche Absorptionseigenschaften verfügt. Thus, it is necessary within the reservoir tank to stockpile each photo-crosslinkable material which has different optical absorption characteristics. Die Absorptionseigenschaften von fotovernetzbaren Materialien werden durch den Zusatz wellenlängenselektiver Fotoinitiatoren bestimmt. The absorption properties of photo-crosslinkable materials are determined by the addition of wavelength-selective photo-initiators. Die innerhalb der fotovernetzbaren Materialien eingebrachten Fotoinitiatoren vermögen elektromagnetische Strahlung geeigneter Wellenlänge zu absorbieren, wodurch innerhalb des fotovernetzbaren Materials Materialverfestigungen ausgelöst werden. The introduced within the photo-crosslinkable materials photoinitiators are able to absorb electromagnetic radiation of a suitable wavelength, which are triggered within the photo-crosslinkable material hardening material.
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Für die kombinierte Ausführung der 3D-Drucktechnik und des MPP-Verfahrens in jeweils getrennten Prozessschritten weist eine bevorzugte Ausführungsform der Strahlungsquellenanordnung zur ganzflächigen Beaufschlagung der Arbeitsebene mit elektromagnetischer Strahlung eine Licht emittierende Diode bzw. Diodenanordnung auf, die ein erstes Wellenlängenspektrum emittiert, in dem zugleich der Absorptionsbereich des ersten fotovernetzbaren Materials liegt, das im Wege der 3D-Drucktechnik auf die Arbeitsebene ausgebracht wird. For the combined version of 3D printing technology and the MPP process in separate process steps, a preferred embodiment of the radiation source arrangement for all-surface exposure of the working plane with electromagnetic radiation, a light emitting diode or diode array, which emits a first wavelength range in which both the absorption region of the first photo-crosslinkable material is being applied by means of 3D printing technology to the work plane. Demgegenüber emittiert die Laserlichtquelle Laserstrahlung mit einer Wellenlänge, die sich vom ersten Wellenlängenspektrum unterscheidet, und die von einem zweiten durch das Inkjetverfahren aufgebrachten Material absorbiert wird, welches dadurch mittels MPP in einer Substruktur verfestigt wird. In contrast, the laser light source emits laser radiation with a wavelength that differs from the first wavelength spectrum, and is absorbed by a second applied by the inkjet process material that is solidified by means of MPP in a substructure.
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Die physikalische Natur einer Multiphotonenanregung innerhalb des fotovernetzbaren Materials, das im Rahmen des MPP-Verfahrens auf die Arbeitsebene ausgebracht wird, ermöglicht grundsätzlich auch die Ausbildung einer Ausführungsvariante mit einer Strahlungsquellenanordnung, die eine Laserlichtquelle als einzige Strahlungsquelle umfasst. The physical nature of a multi-photon excitation within the photo-crosslinkable material that is applied in the context of the MPP process on the work plane basically allows the formation of a variant with a radiation source assembly comprising a laser light source as the sole source of radiation. So treten Zwei- oder Mehrphotonenabsorptionsprozesse nur unter bestimmten Bedingungen auf. To contact two- or multi-photon absorption processes only under certain conditions. Um diese Bedingungen zu erreichen wird fotoempfindliches Material einer sehr hohen kurzzeitig wirkenden Bestrahlungsintensität ausgesetzt, wie dies beim Einsatz von fokussierten Piko- oder Femtosekundenkurzzeitlaserpulsen der Fall ist. In order to achieve these conditions photosensitive material a very high illumination intensity short-acting exposed, as is the case with the use of focused pico- or femtosecond laser pulses short time. Durch optisch nicht lineare Prozesse, die mit einer Frequenzverdopplung bzw. Wellenlängenhalbierung vergleichbar sind, können Multiphotonenanregungen innerhalb des photovernetzbaren Materials im Fokusbereich initiiert werden, die durch Polymerisationsreaktionen das Material lokal verfestigen. By non-linear optical processes that are comparable to a frequency doubling or halving wavelength, multi-photon excitations can be initiated within the linkable material in the focus area, which solidify by polymerisation the material locally. Alle übrigen Materialbereiche, in denen die vorstehend erläuterten optischen Bedingungen nicht gegeben sind, stellen für die Laserstrahlung transparente Materialbereiche dar. All other material areas in which the above-described optical conditions are not met, represent transparent material ranges for the laser radiation.
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Wählt man demgegenüber unter Nutzung der 3D-Drucktechnik fotovernetzbares Material mit auf die Laserwellenlänge abgestimmten Photoinitiatoren, so kann das ortsselektiv auf die Arbeitsebene deponierte fotovernetzbare Material durch Wechselwirkung mit dem Laserlicht verfestigt werden. If one chooses the other hand, using 3D printing technology with photo-crosslinkable material matched to the laser wavelength photoinitiators, the site-selectively deposited on the working level photo-crosslinkable material can be solidified by interaction with the laser light.
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Im Unterschied zur vorstehend erhobenen Forderung der Verwendung wenigstens zweier Lichtquellen mit unterschiedlichen Emissionsspektren bedarf es unter gezielter Nutzung des optisch nicht linearen Multiphotonenprozesses lediglich einer einzigen Lichtquelle, nämlich eines Lasers, dessen Laserstrahlung durch entsprechende Wahl der am Ort des zu bestrahlenden photovernetzbaren Materials zu deponierenden Lichtintensität eine unterschiedliche Wellenlängencharakteristik erfährt. In contrast to the above raised requirement of using at least two light sources with different emission spectra with the targeted use of optically nonlinear multiphoton process requires only a single light source, namely a laser whose laser radiation, by appropriate choice of the place to be irradiated linkable material to landfills light intensity different wavelength characteristic experiences. Wird der Laserstrahl unfokussiert oder mit aufgeweiteten Strahlquerschnitt auf die Materialoberfläche gerichtet, dh mit normaler oder geringer Lichtintensität, so treten Lichtabsorptionen bei geeigneter Materialwahl bei der Laserwellenlänge auf. The laser beam is directed unfocused or expanded beam cross section on the material surface, ie, with normal or low light intensity, so come on light absorption at a suitable choice of material at the laser wavelength. Wird hingegen der Laserstrahl fokussiert und auf diese Weise die deponierte Lichtintensität stark erhöht, so treten in einem geeignet gewählten Material Zwei- oder Mehrphotoneneffekte auf, die einer Lichtabsorption mit Licht der halben Laserwellenlänge entsprechen. If, however, the laser beam is focused and strongly increased in this way the deposited light intensity, so please a material suitably chosen on two- or multi-photon effects, corresponding to a light absorption with light of half the laser wavelength. Selbstverständlich bedarf es auch in diesem Fall einer geeigneten Auswahl von fotovernetzbaren Materialien in Hinblick auf ihre Photoempfindlichkeiten, so dass das mittels der 3D-Drucktechnik auszubringende Material entweder das Laserlicht mit reduzierter Strahlintensität absorbiert, oder im Wege der Vernetzung mittels des MPP-Verfahrens ausschließlich mit dem fokussierten, hochintensiven Kurzzeitlaserpuls wechselwirkt. Of course, it is also necessary in this case, a proper selection of photo-crosslinkable materials in terms of their photosensitivities so that the auszubringende using 3D printing technology material either absorbs laser light with reduced beam intensity, or by way of crosslinking by means of the MPP process exclusively with the focused, high-intensity short-time laser pulse interacts.
[0022] [0022]
In besonders vorteilhafter Weise vermag die Druckkopfanordnung über die Vielzahl der linear angeordneten Druckdüsen das fotovernetzbare Material unter Ausbildung einer möglichst homogenen Materialschicht hinsichtlich Materialschichtdicke sowie auch hinsichtlich einer möglichst ebenen bzw. planar ausgebildeten Schichtoberfläche auszutragen. In a particularly advantageous manner, the print head assembly via the plurality of linearly arranged pressure nozzles can discharge the photo-crosslinkable material to form a homogeneous as possible with respect to material material layer thickness as well as with regard to a possible flat or planar surface layer formed. Für eine zuverlässige und hoch qualitative Ausbildung von Mikro- und Submikrometer große Strukturen innerhalb der flächig ausgebrachten Materialschicht mit Hilfe des fokussierten Laserstrahls bedarf es jedoch einer möglichst glatten Materialschichtoberfläche sowie eine Materialschicht mit möglichst homogener Materialschichtdicke. For a reliable and high quality training of micro- and submicrometer large structures within the area yielded material layer using the focused laser beam, however, requires the smoothest possible surface material layer and a layer of material with very homogeneous material layer thickness. Da die jeweils in die Arbeitsebene aufgetragenen Materialschichten sehr dünn sind besteht eine fertige 3D-Struktur von nur einigen Millimetern Bauhöhe typischerweise aus mehreren Hundert Einzelschichten. Since each applied to the working level material layers are very thin, there is a finished 3D structure of only a few millimeters in height typically consists of several hundred individual layers. Dementsprechend würden kleinste Unterschiede in den jeweils aufgetragenen Materialschichtmengen zu erheblichen Abweichungen in der Bauteilgeometrie führen. Accordingly smallest differences in each layer deposited material quantities would result in significant variations in the component geometry. Beider konventionell eingesetzten 3D-Drucktechnik wird dieses Problem dadurch gelöst, dass etwas mehr Material auf der Arbeitsebene aufgebracht wird, als für die tatsächliche Materialschichtdicke eigentlich notwendig wäre. Both conventionally used 3D printing technology, this problem is solved by a little more material is deposited on the working level than is really necessary for the actual material layer thickness. Anschließend wird durch eine mechanische Nivellier-Vorrichtung, beispielsweise in Form einer Rolle oder eines Schiebers das aufgetragene Material eingeebnet und überschüssiges Material abgetragen, um die Schicht auf eine exakte Nennhöhe zu bringen. Subsequently, the coated material is leveled by a mechanical leveling device, for example in the form of a roll or slide and excess material removed to bring the layer to an exact nominal amount. Im Fall der lösungsgemäßen Kombination der MPP-Technik und der 3D-Drucktechnik würde eine derartige mechanische Glättung zu einer mechanischen Krafteinwirkung und damit verbunden einer Deformation oder gar Zerstörung bereits feinster, im Wege des MPP-Verfahrens erzeugter Strukturen führen. In the case of the combination according to the solution of the MPP technology and 3D printing technology such a mechanical smoothing to a mechanical force and the associated deformation or destruction would already finest lead structures generated by means of the MPP process.
[0023] [0023]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist daher ein berührungslos arbeitendes Messsystem vorgesehen, das die Schichtdicke und/oder die Schichtoberflächenbeschaffenheit der auf der Arbeitsebene abgeschiedenen photovernetzbaren Materialschicht erfasst, beispielsweise mittels optischer Messtechnik. In a preferred embodiment, therefore, a non-contact measurement system is provided which detects the layer thickness and / or the surface quality of the deposited layer at the working level linkable material layer, for example by means of optical metrology. Mit Hilfe einer Regeleinheit, die die seitens des Messsystems generierten Messsignale im Wege eines Soll-Ist-Vergleiches mit Referenzdaten vergleicht, wird die Druckkopfanordnung im Falle fehlerhaft festgestellter Schichtdicken und/oder festgestellter Schichtoberflächenbeschaffenheiten zu Nachkorrekturmaßnahmen entsprechend angesteuert. With the help of a control unit that compares the generated part of the measuring system measuring signals by means of a target-actual comparison with reference data, the print head assembly is controlled accordingly in the event of an incorrectly determined layer thicknesses and / or confirmed layer surface textures to Nachkorrekturmaßnahmen.
[0024] [0024]
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine durch die Regeleinheit ansteuerbare Wärmequelle vorgesehen, die die auf der Arbeitsebene abgeschiedene photovernetzbare Materialschicht kontrolliert zu wärmen vermag, um auf diese Weise eine verbesserte Vergleichmäßigung insbesondere der Schichtoberflächenbeschaffenheit zu bewirken. In a further preferred embodiment a controllable heat source by the control unit is provided, which can control the deposited on the working plane photocrosslinkable material layer to warm to effect in this manner an improved homogenization of the particular layer surface finish.
[0025] [0025]
Die lösungsgemäße Vorrichtung eignet sich in besonders vorteilhafter Weise zur Herstellung makroskopischer Strukturen, die typischerweise einen Bauraum von mehreren ccm aufweisen können und die zumindest bereichsweise mikro- oder submikrometer große Unterstrukturen enthalten. The device according to the solution is in a particularly advantageous manner to produce macroscopic structures, which may have a space of several cc and typically contain at least regionally micro- or submicrometer large substructures. Um derartig in ihren Strukturdimensionen hybrid zusammengesetzte Strukturen in einer für industrielle Maßstäbe vertretbaren Verfahrenszeit herstellen zu können, weist die Vorrichtung wenigstens drei Reservoireinheiten auf, die jeweils mit der Druckkopfanordnung verbunden sind. In order to produce such a structure in its dimensions hybrid composite structures in a reasonable time for an industrial scale process, the apparatus comprises at least three reservoir units which are respectively connected to the printhead assembly. In einer ersten Reservoireinheit ist Stützmaterial enthalten, das selbst nicht notwendigerweise photovernetzbares Material darstellen muss. In a first reservoir unit supporting material is included, which must represent themselves not necessarily photocrosslinkable material. In wenigstens einer zweiten Reservoireinheit ist ein photovernetzbares Material enthalten, das zum Aufbau der Struktur im Wege eines ortsselektiven Materialaustrages gemeinsam mit dem Stützmaterial auf der Arbeitsebene deponiert wird. In at least one second reservoir unit A photo-material is included, which is deposited to build the structure through a site-selective material discharge together with the supporting material at the working level. Im Weiteren soll dieses photovernetzbare Material als Strukturmaterial bezeichnet werden. In addition, this photocrosslinkable material will be referred to as a structural material. Schließlich ist in wenigstens einer dritten Reservoireinheit photovernetzbares Material vorgesehen, das im Wege von laserstrahlinduzierten Zweiphotonen- oder Mehrphotonenprozessen innerhalb der mittels Inkjetdruck ortsselektiv aufgetragenen Materialschicht in einer dreidimensionalen Mikro-Substruktur verfestigbar ist. Finally, in at least a third reservoir unit photocrosslinkable material is provided which be solidified by means of laser-induced two-photon or multiphoton processes within the means of inkjet printing site-selectively applied material layer in a three-dimensional micro-substructure.
[0026] [0026]
Um die makroskopischen Strukturbereiche einer 3D-Struktur auszuformen, dh jene Bereiche, deren Strukturgrößen typischerweise größer als 100 μm messen, bedient man sich der 3D-Drucktechnik in Kombination mit flächiger Verfestigung. To form the macroscopic structural regions of a 3D structure, ie those areas, measure their feature sizes typically greater than 100 microns, 3D printing technique one uses in combination with planar solidification. Das bedeutet, dass in die Arbeitsebene jeweils ortsselektiv das Stütz- sowie auch das photovernetzbare Strukturmaterial über wenigstens zwei unterschiedliche Druckdüsen der Druckkopfanordnung ortsselektiv auf jeweils eine gemeinsame Arbeitsebene ausbringbar sind. This means that the supporting structure as well as the photocurable material over at least two different pressure nozzles of the printhead assembly on each joint work plane are each site-selectively to the working level site-selectively deployable. Im Anschluss daran erfolgt eine großflächige Belichtung des ortsselektiv ausgebrachten Materials, die das Strukturmaterial polymerisiert und dadurch verfestigt. This is followed by a large-scale exposure of site-selectively yielded material which polymerizes the structural material and thereby solidify. Diese Prozessabfolge wird schicht- bzw. lagenweise vielfach wiederholt um die makroskopischen Strukturbereiche aufzubauen. This process sequence is repeated many times in layers or in layers to build the macroscopic structure regions. Gilt es hingegen Strukturen im Mikro- und insbesondere Submikrometerbereich auszubilden, die mit den makroskopischen Strukturen einstückig zu verbinden sind, so bedarf es des Ausbringens des in wenigstens der dritten Reservoireinheit bevorrateten photovernetzbaren Materials über den Querschnitt der zuvor aufgebauten Struktur auf der Arbeitsebene unter Ausbildung einer photovernetzbaren Materialschicht, die nachfolgend ortsselektiv mit einer fokussierten elektromagnetischen Strahlung, vorzugsweise einem Laserstrahl derart bestrahlt wird, sodass im Fokusbereich innerhalb der photovernetzbaren Materialschicht Zweiphotonen- oder Mehrphotonenprozesse, die zur ortsselektiven Verfestigung im Mikrometer- und Submikrometerbereich des jeweils zweiten photovernetzbaren Materials führen, initiiert werden. Applies it, however, structures in micro- and in particular to form submicron to be connected integrally with the macroscopic structures, so it requires the discharge of stockpiled in at least the third reservoir unit linkable material over the cross section of the previously established structure on the work plane to form a linkable material layer, the location-selective below with a focused electromagnetic radiation, preferably a laser beam is irradiated in such a way so that will be initiated in the focus area within the photo-crosslinkable material layer two-photon or multiphoton processes leading to site-selective hardening in the micrometer and submicrometer the respective second crosslinkable material.
[0027] [0027]
Sowohl die Herstellung makroskopischer sowie auch mikroskopischer oder submikroskopischer Strukturbereiche erfolgt in einstückig zusammenhängender mit Prozessgeschwindigkeiten, die wenigstens annähernd typisch sind für die an sich bekannte 3D-Drucktechnik. Both the preparation of macroscopic as well as microscopic or submicroscopic structural regions takes place in a single piece of contiguous with process speeds that are at least approximately typical of the per se known 3D Printing techniques. Auf diese Weise lassen sich somit großvolumige Körper, die über feine Strukturierungen verfügen ökonomisch schnell und einstückig aufbauen. In this way, thus bulky body that have fine structuring can be set up quickly and economically in one piece. Außerdem ist es möglich, durch das 3D Druckverfahren unter Verwendung weiterer Materialsreservoireinheiten mehrere, unterschiedliche Struktur-Materialien miteinander zu kombinieren, die bspw. über unterschiedliche elastische Eigenschaften verfügen. Moreover, it is possible to combine through the 3D printing process using another material reservoir units several different structural materials with each other, for example, have. Via different elastic properties. Bspw. For example. lassen sich unterschiedliche photovernetzbare Materialien in aufeinander folgenden Schichten oder makroskopisch ortselektiv innerhalb einer Arbeitsebene abscheiden und flächig oder mikrostrukturiert verfestigen, wodurch individuelle Struktureigenschaften erzeugt werden könne. can be deposited within one working level and flat or microstructured solidify, whereby individual structural properties can be produced different photocurable materials in successive layers or macroscopic ortselektiv. Die so hergestellten Strukturen können gezielt variiert und reproduziert werden. The structures thus produced can be varied systematically and reproduced.
[0028] [0028]
Ferner ist es denkbar durch die Verwendung mehrerer unterschiedlicher photovernetzbarer Materialien auch biofunktionale Substanzen in das Bauteil bzw. die großvolumige Struktur einzubringen, um auf diese Weise vor dem Hintergrund biologischer Anwendungen bestimmte Biofunktionalisierungen zu erreichen. Further, it is possible by the use of several different photocrosslinkable materials also contribute biofunctional substances in the component or structure a high capacity in order to achieve in this manner against the background of biological applications, certain Biofunktionalisierungen.
[0029] [0029]
Mit Hilfe der lösungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung und der damit realisierbaren neuartigen Verfahrensvariante, die eine Kombination die 3D-Drucktechnik und MPP-Verfahren ermöglicht, können bspw. aus dem biologischen Gewebebereich stammende Gefäßstrukturen nachgebildet werden und zum Transport von Körperflüssigkeiten oder Nährmedien oder weitere Flüssigkeiten eingesetzt werden. Using the solution designed according to the device and the resulting feasible novel variant of the method, which allows a combination of 3D printing technology and MPP method, derived vascular structures may, for example, from the biological tissue area to be copied and used for the transport of body fluids or culture media or other liquids. So ist es möglich makroskopisch ausgebildete Röhrensysteme, deren Röhrendurchmesser und Röhrenlängen makroskopische Abmaße von deutlich größer 0,5 μm besitzen, bspw. mit porösen Röhrenwänden zu versehen, deren Porendurchmesser im unteren Mikro- sowie Submikrometerbereich liegen. Thus, it is possible macroscopically formed tube systems have their tube diameter and tube lengths macroscopic dimensions significantly greater than 0.5 microns, for example. Be provided with porous tube walls are the pore diameter in the lower micro- and sub-micrometer range.
[0030] [0030]
Insbesondere für die erfindungsgemäße Herstellung von 3D-Strukturen, die zumindest teilweise aus biokompatiblen und/oder möglicherweise biologischen Materialien bestehen eignet sich als photovernetzbares Material in besonderer Weise ein Material, das die folgenden Komponenten aufweist: In particular, for the inventive production of 3D structures, at least partially composed of biocompatible and / or biological materials may be suitable as photocrosslinkable material in a special way, a material that has the following components: - i) mindestens eine polymere Vernetzer-Komponente mit mindestens zwei photovernetzbaren Gruppen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus Acrylat, Methacrylat, Acrylamid, Methacrylamid, Urethanacrylat, Urethanmethacrylat, Ureaacrylat und Ureamethacrylat und ii) mindestens eine Photoinitiator-Komponente. i) at least one polymeric cross-linking component having at least two photocrosslinkable groups that are selected from the group consisting of acrylate, methacrylate, acrylamide, methacrylamide, urethane acrylate, urethane methacrylate, and Ureaacrylat Ureamethacrylat and ii) at least one photoinitiator component.
[0031] [0031]
Zur Herstellung mindestens einer Schicht der dreidimensionalen Struktur, wird zunächst das photovernetzbare Material, umfassend mindestens eine polymere Vernetzer-Komponente und mindestens eine Photoinitiator-Komponente, auf die Arbeitsebene aufgebracht, und in einem nächsten Schritt das aufgebrachte photovernetzbare Material durch elektromagnetische Strahlung fixiert. For producing at least a layer of the three-dimensional structure, first the photo-crosslinkable material comprising at least one polymeric cross-linking component and at least one photoinitiator component applied to the work plane, and is fixed in a next step, the applied photo-crosslinkable material by electromagnetic radiation. Im Rahmen der Bestrahlung reagiert zumindest ein Teil, insbesondere im Wesentlichen alle, vorzugsweise alle der photovernetzbaren Gruppen des photovernetzbaren Materials miteinander, wodurch ein photovernetztes Material erhalten wird. In the context of irradiation at least a part reacts, in particular substantially all, preferably all, of photocrosslinkable groups of the photocrosslinkable material with each other, whereby a photo-crosslinked material is obtained. Die Fixierung findet dergestalt statt, dass durch die elektromagnetische Strahlung die in dem photovernetzbaren Material vorhandene Photoinitiator-Komponente, insbesondere zur Spaltung, angeregt wird, um eine photo-initiierte Polymerisierungsreaktion der photovernetzbaren Gruppen des photovernetzbaren Materials zu starten. The setting takes place in such a way that the present in the photocurable material photoinitiator component, in particular for cleavage, is excited by the electromagnetic radiation to start a photo-initiated polymerization of linkable groups of photocurable material. Durch diese kontrollierte Kettenreaktion wird zumindest ein Teil, bevorzugt im Wesentlichen alle, vorzugsweise alle der in den elektromagnetisch bestrahlten Bereichen liegenden photovernetzbaren Gruppen umgesetzt. This controlled chain reaction, at least a part, preferably all implemented, preferably all the in the electromagnetically irradiated areas photocrosslinkable groups substantially.
[0032] [0032]
Die Abfolge der Verfahrensschritte bezüglich des Aufbringens mindestens eines photovernetzbaren Materials auf die Arbeitsebene, im weiteren als Schritt a) bezeichnet, und des Fixierens des mindestens einen aufgebrachten photovernetzbaren Materials durch elektromagnetische Strahlung, im weiteren als Schritt b) bezeichnet, führt zur Bildung einer fixierten Schicht des aufgebrachten Materials. The sequence of process steps with respect to the application of at least one photocrosslinkable material on the work plane, hereinafter referred to as step a), and fixing the at least one applied photocrosslinkable material by electromagnetic radiation, to as step B hereinafter), leads to the formation of a fixed layer of the applied material. Die erfindungsgemäß bevorzugte wiederholte Abfolge dieser Verfahrensschritte führt zur Bildung einer entsprechenden Zahl von fixierten Schichten. The inventively preferred repeated sequence of steps leading to the formation of a corresponding number of pinned layers.
[0033] [0033]
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das photovernetzbare Material durch die elektromagnetische Strahlung innerhalb einer aufgebrachten Schicht mittels Zwei- oder Multiphotonenprozessen in allen drei Raumrichtungen x, y und z, also dreidimensional, flächig oder ortsselektiv, fixiert. In a preferred embodiment, the photocrosslinkable material is, therefore, three-dimensional, surface or site-selectively fixed by the electromagnetic radiation within a layer applied by means of two- or multi-photon processes in all three spatial directions x, y and z. Bevorzugt entsteht durch eine Verfahrensfolge der Schritte a) und b) eine zwei- oder dreidimensionale Substruktur innerhalb einer Schicht. Is preferably formed through a process sequence of the steps a) and b) a two- or three-dimensional substructure within a layer.
[0034] [0034]
Das Aufbringen des photovernetzbaren Materials erfolgt entweder flächig oder ortsselektiv, wobei das darauf folgende Fixieren des photovernetzbaren Materials zu einem photovernetzten Material durch eine elektromagnetische Strahlung erfolgt, die in bevorzugter Ausführungsform insbesondere auf die in dem photovernetzbaren Material enthaltenen Photoinitiator-Komponente abgestimmt ist und darüber hinaus eine ortsselektive oder flächige Bestrahlung gewährleistet. The application of the photocrosslinkable material is either over or site-selectively, with the subsequent fixation of the photocrosslinkable material is a photo cross-linked material by an electromagnetic radiation, which is tuned in a preferred embodiment and in particular the photoinitiator component contained in the photocrosslinkable material and in addition a Site-selective area irradiation or guaranteed. Mit Hilfe der Verfahrensfolge der Schritte a) und b) wird eine Schicht der zwei- oder dreidimensionalen Struktur aufgebaut. Using the process sequence of steps a) and b) a layer of the two- or three-dimensional structure is constructed. Es ist bevorzugt durch ein-, mehr- oder vielmalige Wiederholung der Verfahrensfolge a) und b) zwei, mehrere oder viele Schichten bereitzustellen. It is preferred by single, multiple or much repetition of the process sequence a) and b) two, provide several or many layers. Bei jeder weiteren Verfahrensfolge der Schritte a) und b) erfolgt demgemäß eine Erstellung einer weiteren Schicht, die sich kovalent mit dem bereits photovernetzten Material verbindet. With each further operation sequence the steps a) and b), accordingly, there is a creation of a further layer, which combines with the already covalently photocrosslinked material. In bevorzugter Ausführungsform verbinden sich photovernetzbaren Materialien mit unterschiedlichen Photoempfindlichkeiten. In a preferred embodiment, linkable materials combine with different photosensitivities.
[0035] [0035]
Die eingesetzten photovernetzbaren Materialien sind in verschiedenen an sich bekannten Verfahren zur Herstellung einer zwei- oder dreidimensionalen Struktur, beispielsweise SL-Verfahren, 3D-Druck-Verfahren und MPP-Verfahren (MPP = Multiphotonenprozesse) in bevorzugter Ausführungsform universell einsetzbar, dass heißt ohne dass in bevorzugter Ausführungsform wesentliche weitere oder weitere Anpassungen für die einzelnen Verfahren notwendig sind. The photocurable materials used are universally applicable in different known methods for the preparation of a two- or three-dimensional structure, such as SL process, 3D printing process and MPP process (MPP = multiphoton processes) in a preferred embodiment, that is, without that in preferred embodiment, substantial further or additional adjustments for each procedure is necessary. Die erfindungsgemäß hergestellte zwei- oder dreidimensionale Struktur weist vorzugsweise gewünschte Polymereigenschaften für beispielsweise Implantate auf. The two- or three-dimensional structure produced by this invention preferably has desired polymer properties for example implants.
[0036] [0036]
Die eingesetzten photovernetzbaren Materialien zeichnen sich insbesondere durch eine geeignete Oberflächenspannung und Viskosität, insbesondere durch eine Viskosität von weniger als 200 mPa·s, insbesondere weniger als 80 mPa·s, besonders bevorzugt weniger als 40 mPa·s, aus. The photocrosslinkable materials used are distinguished in particular by a suitable surface tension and viscosity, in particular by a viscosity of less than 200 mPa · s, in particular less than 80 mPa · s, particularly preferably less than 40 mPa · s, from. Diese Viskosität kann insbesondere durch Lösungsmittel, insbesondere durch einen Reaktivverdünner, mit einem Anteil von weniger als 51% erreicht werden. This viscosity may be affected by solvents, in particular through a reactive diluent, can be achieved with a share of less than 51%.
[0037] [0037]
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Oberflächenspannung des photovernetzbaren Materials weniger als 80 mN/m, insbesondere weniger als 70 mN/m, insbesondere weniger als 35 mN/m. In a preferred embodiment, the surface tension of the photocrosslinkable material is less than 80 mN / m, in particular less than 70 mN / m, in particular less than 35 mN / m.
[0038] [0038]
Des Weiteren weisen die photovernetzbaren Materialien bevorzugt die für die Verfahren zur Herstellung einer zwei- oder dreidimensionalen Struktur, insbesondere für SL-Verfahren, 3D-Druck-Verfahren und MPP-Verfahren, erforderliche, insbesondere hohe, Lichttransparenz für die Aushärtungswellenlänge der elektromagnetischen Strahlung und eine ausreichende Aushärtungsgeschwindigkeit auf. Furthermore, the photo-crosslinkable materials are preferred for the process for the preparation of a two- or three-dimensional structure, in particular for SL method, 3D printing method and MPP procedures required, especially high light transparency for the Aushärtungswellenlänge of the electromagnetic radiation and sufficient to cure. Die Lichttransparenz liegt dabei bevorzugt im VIS-NIR-Bereich oder UV-Bereich. The light transparency is preferably in the VIS-NIR range or the UV range.
[0039] [0039]
Insbesondere wird die elektromagnetische Strahlung zusätzlich durch die photovernetzbaren Materialien absorbiert. In particular, the electromagnetic radiation is also absorbed by the photocrosslinkable materials.
[0040] [0040]
Das photovernetzbare Material verfügt hinsichtlich seiner Photovernetzbarkeit über ausreichende Vernetzungsgrade, ist selektiv durch die elektromagnetische Strahlung fixierbar und reagiert bevorzugt selektiv auf eine bevorzugt vorgesehene flächige und ortsaufgelöste Vernetzung. The photocrosslinkable material has with respect to its photocrosslinkability sufficient levels of crosslinking, is selectively fixed by the electromagnetic radiation, and preferably reacts selectively in a preferably flat and provided spatially resolved crosslinking. Des Weiteren genügt das photovernetzbare Material insbesondere den Anforderungen der 3D-Druckverfahren, beispielsweise InkJet-Drucken, hinsichtlich der einzuhaltenden Viskosität, des Verlaufsverhalten und der Druckstabilität. Furthermore, the photocurable material particular example, inkjet printing is acceptable to the 3D printing process, with respect to the applicable viscosity, the flow behavior and the pressure stability.
[0041] [0041]
Vorzugsweise wird als eine Komponente des photovernetzbaren Materials mindestens eine Photoinitiator-Komponente eingesetzt. Preferably at least one photoinitiator component is used as a component of the photocrosslinkable material. Die Photoinitiator-Komponente ermöglicht eine möglichst effektive und selektive Fixierung des photovernetzbaren Materials, insbesondere in Kombination mit einer hinreichend schnellen Aushärtungsgeschwindigkeit des photovernetzbaren Materials. The photoinitiator component allows the most effective and selective fixation of the photocurable material, especially in combination with a sufficiently rapid curing of photocurable material. Die eingesetzte Photoinitiator-Komponente weist insbesondere einen hohen Photonabsorptionsquerschnitt, insbesondere einen hohen Zwei-Photonabsorptionsquerschnitt im VIS-NIR, und bevorzugt eine hohe Quantenausbeute auf. The used photoinitiator component comprises in particular a high photo-absorption cross-section, in particular a high two-photon absorption cross-section in the VIS-NIR, and preferably have a high quantum efficiency.
[0042] [0042]
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „flächig”, insbesondere einem flächigen Aufbringen eines photovernetzbaren Materials oder einem flächigen Fixieren eines aufgebrachten photovernetzbaren Materials verstanden, dass das Aufbringen des Materials oder die fixierende Strahlung gleichmäßig über die gesamte zu beschichtende oder fixierende Materialschicht erfolgt. In connection with the present invention, the term "surface", in particular an areal application of a photo-crosslinkable material or a sheet-like fixing an applied photocrosslinkable material understood that the application of the material or the fixing radiation is effected uniformly over the entire area to be coated or fixing material layer , Demgemäß kann ein flächiger Auftrag eines Materials oder ein flächiges Einwirken der Strahlung zur Ausbildung von dreidimensional ausgebildeten beziehungsweise fixierten Schichten führen. Accordingly, a surface application of a material or a sheet-like action of radiation in the formation of three-dimensionally shaped or pinned layers lead. Insbesondere aufgrund des flächigen Materialauftrags beziehungsweise flächigen Einwirkens der Strahlung wird das photovernetzbare Material gleichmäßig aufgebracht beziehungsweise fixiert. In particular, due to the sheet material contract or flat Einwirkens of the radiation-crosslinkable material is uniformly applied or fixed.
[0043] [0043]
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „ortsselektiv”, insbesondere einem ortsselektiven Aufbringen eines photovernetzbaren Materials oder einem ortsselektiven Fixieren eines aufgebrachten photovernetzbaren Materials verstanden, dass das Aufbringen des Material oder die fixierende Strahlung nicht gleichmäßig über die gesamte aufgetragene Materialschicht erfolgt. In connection with the present invention, the term "site-selective", especially a spatially selective application of a photo-crosslinkable material or a stationary selectively fixing an applied photocrosslinkable material understood that the application of the material or the fixing radiation is not uniform over the entire applied material layer.
[0044] [0044]
Unter dem Begriff „polymere Vernetzer-Komponente mit mindestens zwei endständigen photovernetzbaren Gruppen” ist ein unverzweigtes oder mindestens einfach verzweigtes Polymer oder Oligomer zu verstehen, an dem die mindestens zwei photovernetzbaren Gruppen derart kovalent verbunden sind, dass sie zur Fixierung durch die elektromagnetische Strahlung in Schritt b) zur Verfügung stehen. The term "polymeric cross-linking component having at least two terminal photocrosslinkable groups" is a straight or at least singly branched polymer or oligomer to be understood, where the at least two photocrosslinkable groups are such covalently bonded, that they for fixing by the electromagnetic radiation in step b) are available. Die polymere Vernetzer-Komponente weist funktionelle Gruppen auf, an denen die photovernetzbaren Gruppen kovalent gebunden sind. The polymeric cross-linking component has functional groups, where the crosslinkable groups are covalently bound. Bevorzugt findet diese kovalente Bindung zwischen der polymeren Vernetzer-Komponente und den photovernetzbaren Gruppen über eine Ester- oder Amidbindung statt. Preferably, this covalent bond between the polymeric cross-linking component and the photo cross-linkable groups via an ester or amide bond takes place. Als „polymere Vernetzer-Komponente” wird die Komponente bezeichnet, an der die photovernetzbaren Gruppen kovalent gebunden sind. As "polymeric cross-linking component" is referred to the component to which the photocrosslinkable groups are covalently bound.
[0045] [0045]
Unter dem Begriff „zweidimensionale Struktur” wird in einem dreidimensionalen Raum mit den Raumachsen xyz eine Struktur mit Kantenlängen x'-y'-z' entlang der Raumachsen verstanden, bei der die Länge der kürzesten Kante von x' und y' einer durch die Kanten x' und y' aufgespannten Fläche deutlich größer als die Kantenlänge z' ist, vorzugsweise um den Faktor 5, vorzugsweise 10, vorzugsweise 20, vorzugsweise 30, vorzugsweise 40, vorzugsweise 50, vorzugsweise 100, vorzugsweise 1000, bevorzugt 10000. Der Begriff „zweidimensionale Struktur” bedeutet demgemäß nicht, dass keine räumliche Ausdehnung in Richtung der dritten Dimension erfolgt. The term "two-dimensional structure" is used in a three-dimensional space with the spatial axes xyz a structure with edge lengths of x'-y'-z 'understood along the spatial axes, in which the length of the shortest edge of x' and y 'a by the edges x 'and y' spanned surface 'is significantly greater than the edge length z, preferably by a factor of 5, preferably 10, preferably 20, preferably 30, preferably 40, preferably 50, preferably 100, preferably 1000, preferably 10000. The term "two-dimensional structure "does not mean accordingly, that there is no spatial expansion occurs in the direction of the third dimension. Bevorzugt weist die zweidimensionale Struktur in Richtung der dritten Dimension 1 bis 50 Schichten auf, insbesondere 1 bis 40 Schichten, bevorzugt 1 bis 20 Schichten, bevorzugt 1 bis 10 Schichten und besonders bevorzugt 5 bis 10 Schichten auf. Preferably, the two-dimensional structure in the direction of the third dimension from 1 to 50 layers, in particular from 1 to 40 layers, preferably 1 to 20 layers, preferably 1 to 10 layers and more preferably 5 to 10 layers. Beispielsweise werden als zweidimensionale Strukturen Membranen, Vliese, hautähnliche Implantate und Netze verstanden. For example, be understood as a two-dimensional structures membranes, fleeces, skin-like implants and networks.
[0046] [0046]
Unter dem Begriff „kurzkettige Vernetzer-Komponente mit mindestens drei endständigen photovernetzbaren Gruppen” ist ein verzweigtes mehrfach funktionalisiertes Molekül zu verstehen, das bevorzugt eine maximale Kettenlänge pro Verzweigung von 10, bevorzugt 8, bevorzugt 6, aufweist. The term "short chain cross-linking component having at least three terminal photocrosslinkable groups" is meant a branched multiply functionalized molecule preferably has a maximum chain length of each branch 10, preferably 8, preferably 6, comprising. Die mindestens drei photovernetzbaren Gruppen sind derart mit diesem Molekül kovalent verbunden, dass sie zur Fixierung durch die elektromagnetische Strahlung in Schritt b) zur Verfügung stehen. The at least three linkable groups are covalently linked in such a way that molecule, they are fixed by the electromagnetic radiation in step b) is available. Die kurzkettige Vernetzer-Komponente weist funktionelle Gruppen auf, an denen die photovernetzbaren Gruppen kovalent gebunden sind. The short-chain crosslinking agent component includes functional groups to which the photocrosslinkable groups are covalently bound. Bevorzugt findet diese kovalente Bindung zwischen der kurzkettigen Vernetzer-Komponente und den photovernetzbaren Gruppen über eine Ester- oder Amidbindung statt. Preferably, these short-chain covalent bond between the cross-linking component and the photo cross-linkable groups via an ester or amide bond takes place. Als „kurzkettige Vernetzer-Komponente” wird die Komponente bezeichnet, an der die photovernetzbaren Gruppen kovalent gebunden sind. As "short chain cross-linking component" is referred to the component to which the photocrosslinkable groups are covalently bound.
[0047] [0047]
Unter dem Begriff „niedrig-viskose Modifikatorkomponente” wird eine Komponente verstanden, die bevorzugt eine Molmasse von weniger als 1000 g/mol und die Viskosität des photovernetzbaren Materials derart anpasst, so dass ein Viskositätsbereich gewährleistet ist, der zur universellen Anwendung der photovernetzbaren Materialien in den Verfahren zur Herstellung von zwei- oder dreidimensionalen Strukturen gewährleistet. The term "low-viscosity Modifikatorkomponente" is a component understood that preferably have a molecular weight less than 1000 g / mol and the viscosity of the photocrosslinkable material adapts in such a way so that a viscosity range ensures that in the universal application of the photocrosslinkable materials the A process for producing two- or three-dimensional structures ensured.
[0048] [0048]
Bevorzugt weisen die niedrig-viskose Modifikatorkomponente und/oder die polymere und/oder kurzkettige Vernetzer-Komponente, weitere nicht-photovernetzbare funktionelle Gruppen auf, die nicht kovalent, insbesondere gar nicht, an die photovernetzbaren Gruppen binden können und damit für Kopplungsreaktionen, insbesondere mit biofunktionellen Komponenten, zur Verfügung stehen. Preferably, the low-viscous Modifikatorkomponente and / or polymeric and / or short chain cross-linking component, other non-photocrosslinkable functional groups covalently, in particular not at all, can not bind to the photocrosslinkable groups and thus for coupling reactions, in particular with biofunctional components are available. Diese nicht-photovernetzbaren funktionellen Gruppen sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hydroxy-, Cyanat-, Isocyanat-, Amino-, Imino-, Alken-, Alkin-, Carboxygruppe, bevorzugt Carboxygruppe. These non-crosslinkable functional groups are preferably selected from the group consisting of hydroxyl, cyanate, isocyanate, amino, imino, alkene, alkyne, carboxy group, preferably carboxyl group.
[0049] [0049]
Unter dem Begriff „Arbeitsebene” wird die Ebene verstanden, in der die in Schritt b) durchgeführte Fixierung durch die elektromagnetische Strahlung erfolgt. The term "work plane" is meant the plane in which the processing performed in step b) is carried out by fixing the electromagnetic radiation. Vorzugsweise verlauft diese Ebene planar, im Wesentlichen planar, gewölbt oder im Wesentlichen gewölbt. Preferably, this level proceeds planar, substantially planar, curved or arched substantially.
[0050] [0050]
Unter dem Begriff „Verfahrensfolge der Schritte a) und b)” wird verstanden, dass zunächst das photovernetzbare Material in einem Schritt a) aufgebracht wird, entweder ortsselektiv oder flächig, und in einem Schritt b) das in Schritt a) aufgebrachte photovernetzbare Material flächig oder ortsselektiv fixiert wird, wobei vorzugsweise wenn Schritt a) ortsselektiv erfolgt, Schritt b) flächig oder wenn Schritt a) flächig erfolgt, Schritt b) ortsselektiv erfolgt. The term "process cycle of steps a) and b)" is meant that first the photocrosslinkable material is applied in step a), either location-selective or flat, and in a step b) applied in step a) photocrosslinkable material surface or is selectively fixed in place, wherein preferably, if step a) is spatially selective, step b) surface or if step a) takes place surface, step b) is carried out spatially selectively.
[0051] [0051]
Unter dem Begriff „photovernetzbare Materialien mit unterschiedlicher Photoempfindlichkeit” ist zu verstehen, dass die photovernetzbaren Materialien eine Photoinitiatorkomponente mit unterschiedlicher Photoempfindlichkeit aufweisen. The term "photocurable materials with different photosensitivity" is to be understood that the photo-crosslinkable materials have a photoinitiator component with different photosensitivity.
[0052] [0052]
Die zwei- oder dreidimensionale Struktur wird als „biokompatibel” eingestuft, wenn nach 24 Stunden in einer zu untersuchenden Zellkultur mindestens 20%, bevorzugt mindestens 50%, bevorzugt mindestens 60%, bevorzugt mindestens 70%, bevorzugt mindestens 80% der Viabilität einer Vergleichszellkultur erreicht wird. The two- or three-dimensional structure is classified as "biocompatible" if, after 24 hours in a to be examined cell culture at least 20%, preferably at least 50%, preferably at least 60%, preferably at least 70%, preferably reaches at least 80% of the viability of a comparative cell culture will. Die Vergleichszellkultur weist die gleichen Zellen wie die zu untersuchenden Zellkultur auf. The comparative cell culture has the same cells as the cell culture to be tested. Lediglich hinsichtlich des Kultivierungsmediums unterscheiden sich beide Zellkulturen. Differ only with respect to both cell cultures of the culture medium. Die zu untersuchende Zellkultur weist ein Kultivierungsmedium auf, das dadurch erhalten wird, dass das auf seine Biokompatibilität zu untersuchende photovernetzte Material in einem auch für die Vergleichszellkultur verwendetem Kultivierungsmedium 24 Stunden gelagert wird. The cell culture to be examined comprises a culture medium which is obtained by that which is supported on its biocompatibility to be examined in a photo-crosslinked material used for the comparison cell culture growth medium for 24 hours. Die Viabilität (WST-Wert) wird bevorzugt mittels eines WST-1 Proliferationsassays bestimmt. The viability (WST-value) is preferably determined using a WST-1 proliferation assay. Je nach Anwendung werden unterschiedliche Zelltypen verwendet, bevorzugt Endothelzellen, bevorzugt Chondrozyten. Depending on the application, different cell types may be used, preferably endothelial cells, preferably chondrocytes.
[0053] [0053]
Die in Schritt b) verwendete elektromagnetische Strahlung richtet sich in bevorzugter Ausführungsform nach den Anforderungen des in Schritt b) durchgeführten Fixierens. The electromagnetic radiation used in step b) depends, in a preferred embodiment according to the requirements of the operation at step b) fixing. Die elektromagnetische Strahlung in Schritt b) muss die in dem photovernetzbaren Material verwendeten Photoinitiatoren selektiv anregen können, um so gezielt die Fixierung des photovernetzbaren Materials zu gewährleisten. The electromagnetic radiation in step b) must be able to stimulate the photoinitiators used in the photocrosslinkable material selectively so as selectively to ensure the fixation of the photocrosslinkable material. Es ist bevorzugt die Strahlungsintensität der elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit davon einzustellen, ob eine Fixierung flächig oder ortsselektiv, insbesondere über Zwei- oder Mehrphotonenprozesse, erfolgt. It is preferred, the radiation intensity of the electromagnetic radiation set in dependence upon whether a fixation area or site-selectively, in particular dual- or multi-photon processes, is carried out. Es ist bevorzugt vorgesehen, die ortsselektive Fixierung mit Hilfe von Laserlicht, also lasergestützt, durchzuführen. It is preferred to provide site-selective fixation using laser light, ie laser Having carried out. Die flächige Fixierung findet bevorzugt mit Hilfe von UV-Licht statt, wobei bevorzugt der Spektralbereich an die Erfordernisse des durchgeführten Verfahrens oder an die Photoinitiator-Komponente angepasst wird. The planar fixing preferably takes place by means of UV light, preferably wherein the spectral range to the requirements of the performed method or in the photoinitiator component is adjusted. Insbesondere liegt der Spektralbereich bei 250 bis 500 nm. Als Quelle für das UV-Licht werden bevorzugt UV-Strahler, insbesondere mit eingeschränktem Spektralbereich, oder LED's (Leuchtdioden) verwendet. In particular, the spectral range is 250 to 500 nm. As a source of the UV light (light emitting diodes) are preferably UV lamps, especially with limited spectral range, or LED's used.
[0054] [0054]
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die polymere Vernetzer-Komponente zwei, drei, vier, fünf oder mehr als 50, bevorzugt mehr als 70, bevorzugt mehr als 100, photovernetzbare Gruppen auf. In a preferred embodiment, the polymeric cross-linking component, two, three, four, five, or more than 50, preferably, more than 70, preferably more than 100, photocrosslinkable groups.
[0055] [0055]
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die polymere Vernetzer-Komponente zwei oder drei photovernetzbare Gruppen auf. In a preferred embodiment, the polymeric cross-linking component comprises two or three photocrosslinkable groups.
[0056] [0056]
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das photovernetzbare Material mindestens 2, mindestens 3, mindestens 4 oder mindestens 5 unterschiedliche polymere Vernetzer-Komponenten mit mindestens zwei photovernetzbaren Gruppen. In a preferred embodiment, the photocurable material is at least 2, at least 3, at least 4 or at least 5 different polymeric crosslinker components having at least two photocrosslinkable groups.
[0057] [0057]
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die polymere Vernetzer-Komponente mit mindestens zwei photovernetzbaren Gruppen eine Molmasse von 300 bis 3000 g/mol auf. In a preferred embodiment, the polymeric cross-linking component having at least two photocrosslinkable groups at a molecular weight of 300 to 3000 g / mol.
[0058] [0058]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die polymere Vernetzer-Komponente mit mindestens zwei photovernetzbaren Gruppen ein alpha,omega-Hydroxyoligomer, ein alpha,omega-Aminooligomer und/oder ein alpha-Hydroxy-Omega-aminooligomer. In a preferred embodiment, the polymeric cross-linking component having at least two photocrosslinkable groups, an alpha, omega-Hydroxy, an alpha, omega-Aminooligomer and / or an alpha-hydroxy-omega-aminooligomer.
[0059] [0059]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die polymere Vernetzer-Komponente aus der Gruppe ausgewählt bestehend aus Polyethylenglykol (PEG), Polypropylenglykol (PPG), Siloxane, Polytetrahydrofuran (PTHF), Eisphenol-A-ethoxylat (EPA-(EO)), Co-Block-Polyether davon, Biopolymere und modifizierte Biopolymere. In a preferred embodiment, the polymeric cross-linking component bisphenol-A-ethoxylate is selected from the group consisting of polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol (PPG), siloxanes, polytetrahydrofuran (PTHF), (EPA (EO)), block co- polyether of biopolymers and modified biopolymers.
[0060] [0060]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die polymere Vernetzer-Komponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenglykol (PEG), Polypropylenglykol (PPG), Polytetrahydrofuran (PTHF), Eisphenol-A-ethoxylat (BPA-(EO)), Co-Block-Polyether davon, Biopolymere und modifizierte Biopolymere. In a preferred embodiment, the polymeric cross-linking component is selected from the group consisting of polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol (PPG), polytetrahydrofuran (PTHF), bisphenol A ethoxylate (BPA (EO)), Co-block polyether thereof biopolymers and modified biopolymers.
[0061] [0061]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die polymere Vernetzer-Komponente mit mindestens zwei photovernetzbaren Gruppen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus PTHF(1400)-Diacrylat, PTHF(2000)-Diacrylat, PTHF(2900)-Diacrylat, PPG(2000)-Diacrylat, PPG(2300)-Diurethan-methacrylat und PTHF(1600)-Diurethan-methacrylat. In a preferred embodiment, the polymeric cross-linking component is at least two-linkable groups selected from the group consisting of PTHF (1400) diacrylate, PTHF (2000) diacrylate, PTHF (2900) diacrylate, PPG (2000) diacrylate, PPG (2300) -Diurethan methacrylate and PTHF (1600) -Diurethan methacrylate. Die in Klammern stehenden Zahlen geben das durchschnittliche Molekulargewicht der polymeren Vernetzer-Komponente an. The figures in brackets indicate the average molecular weight of the polymeric cross-linking component.
[0062] [0062]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Biopolymer, auch biologisches Makromolekül genannt, aus der Gruppe ausgewählt bestehend aus Proteine, Polysaccharide, Glucosaminglykane und Derivate davon. In a preferred embodiment, the biopolymer, including biological macromolecule is called, selected from the group consisting of proteins, polysaccharides, Glucosaminglykane and derivatives thereof.
[0063] [0063]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Protein ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Albumin, Kollagene, Gelatine und Fibronektin. In a preferred embodiment, the protein is selected from the group consisting of albumin, collagen, gelatin and fibronectin.
[0064] [0064]
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als photovernetzbares Material ein negative Ladungen aufweisendes modifiziertes Biopolymer, insbesondere Heparinsulfat, verwendet. In a preferred embodiment, the photocrosslinkable material exhibiting a negative charge modified biopolymer, in particular heparin sulphate is used. Durch diese negativen Ladungen werden bevorzugt Wachstumsfaktoren, Analoga, Fragmente und/oder Derivate davon ionisch, insbesondere temporär, gebunden. By these negative charges growth factors, analogs, fragments and / or derivatives thereof are preferably nonionic, in particular temporarily bound.
[0065] [0065]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wachstumsfaktor ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor, FGF (Fibroblast Growth Factor), PDGF (Platelet Derived Growth Factor, Pleitrophin, PIGF (Placenta Growth Factor, HGF/SF (Hepatocyte Growth Factor/Scatter Factor) und Midkine. In a preferred embodiment, the growth factor is selected from the group consisting of VEGF (vascular endothelial growth factor, FGF (fibroblast growth factor), PDGF (platelet derived growth factor, Pleitrophin, PlGF (placental growth factor, HGF / SF (hepatocyte growth factor / Scatter Factor) and midkine.
[0066] [0066]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Polysaccharid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cellulose, Stärke und Glycogen. In a preferred embodiment, the polysaccharide is selected from the group consisting of cellulose, starch and glycogen.
[0067] [0067]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Glukosaminglykan ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hyaluronsäure, Chondroitinsulfat, Dermatansulfat, Heparinsulfat und Heparin. In a preferred embodiment, the Glukosaminglykan is selected from the group consisting of hyaluronic acid, chondroitin sulfate, dermatan sulfate, heparin sulfate and heparin.
[0068] [0068]
In einer besonderen Ausführungsform wird ein Teil der photovernetzbaren Gruppen in dem mindestens einen photovernetzbaren Material in Schritt b) nicht umgesetzt, insbesondere 1 bis 60%, insbesondere 10 bis 50%, insbesondere 20 bis 40% der eingesetzten photovernetzbaren Gruppen. In a particular embodiment a portion of the photocrosslinkable groups in the at least one photocrosslinkable material not reacted in step b), in particular 1 to 60%, in particular 10 to 50%, in particular 20 to 40% of photocrosslinkable groups used.
[0069] [0069]
Die nicht umgesetzten oder nicht fixierten photovernetzbaren Gruppen der photovernetzten Struktur stehen insbesondere zur weiteren Oberflächenfunktionalisierung und/oder Biofunktionalisierung zur Verfügung. The unreacted or unfixed linkable groups of the photo-crosslinked structure are particular to further surface functionalization and / or biofunctionalization available.
[0070] [0070]
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das photovernetzbare oder photovernetzte Material, z. B. auch ein als polymere Vernetzer-Komponente eingesetztes modifiziertes oder nicht modifiziertes Biopolymer, mit mindestens einer biofunktionellen Komponente funktionalisiert. In a preferred embodiment, the photocrosslinkable or photocrosslinked material, for. Example also employed as a polymeric crosslinker component modified or unmodified biopolymer, functionalized with at least one bio-functional component.
[0071] [0071]
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die mindestens eine biofunktionelle Komponente direkt oder indirekt mit dem photovernetzbaren oder photovernetzten Material verbunden. In a preferred embodiment, the at least one bio-functional component is connected directly or indirectly with the photo-crosslinkable or photo-cross-linked material.
[0072] [0072]
Dementsprechend sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, dass das photovernetzbare Material vor dem Fixieren mit einer biofunktionellen Komponente, insbesondere vor dem Aufbringen, funktionalisiert wird. Accordingly, in a preferred embodiment that the photocurable material is a bio-functional component, especially prior to the application functionalized prior to fixation. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die mindestens eine biofunktionelle Komponente nach dem Fixieren des photovernetzbaren Materials eingebracht wird, dass heißt an die Oberfläche des photovernetzten Materials kovalent oder nicht-kovalent gebunden wird. In a further preferred embodiment, however, can also be provided that the at least one bio-functional component after fixing the photocrosslinkable material is introduced, that is to say to the surface of the photo-crosslinked material covalently or non-covalently bound.
[0073] [0073]
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die nicht umgesetzten, photovernetzbaren Gruppen mit mindestens einer biofunktionellen Komponente funktionalisiert. In a preferred embodiment, the unreacted, photocrosslinkable groups having at least one functionalized bio-functional component.
[0074] [0074]
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die nicht-photovernetzbaren, funktionellen Gruppen der niedrig-viskosen Modifikatorkomponente und/oder kurzkettigen und/oder polymeren Vernetzer-Komponente mit mindestens einer biofunktionellen Komponente funktionalisiert. In a preferred embodiment, the non-crosslinkable, functional groups of the low-viscous Modifikatorkomponente and / or short-chain and / or polymeric cross-linking component having at least one functionalized bio-functional component. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt diese Biofunktionalisierung über eine Amidbindung, wobei zur deren Bildung bevorzugt Carbodiimid als Reaktionsvermittler verwendet wird. In a preferred embodiment, this biofunctionalization takes place via an amide bond, wherein, for the formation thereof preferably carbodiimide is used as the reaction promoter.
[0075] [0075]
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Biofunktionalisierung der zwei- oder dreidimensionalen Struktur durch gezielten Einbau biofunktioneller Komponenten in die zwei- oder dreidimensionale Struktur, insbesondere durch das Biofunktionalisieren des photovernetzbaren Materials vor dem Fixieren des photovernetzbaren Materials in Schritt b) oder an die nicht umgesetzten Doppelbindungen und/oder an die nicht-photovernetzbaren funktionellen Gruppen des photovernetzten Materials. In a preferred embodiment, the biofunctionalization the two or three dimensional structure by selective incorporation biofunctional components in the two- or three-dimensional structure is carried out, in particular by the Biofunktionalisieren of the photocrosslinkable material prior to fixing the photo-crosslinkable material in step b) or to the unreacted double bonds and / or to the non-photocrosslinkable functional groups of the photo-crosslinked material. In beiden Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das zu biofunktionalisierende Material, also das photovernetzte oder photovernetzbare Material, selbst ein Biopolymer oder ein modifiziertes Biopolymer ist bzw. umfasst. In both embodiments can be provided that the material to biofunktionalisierende, so the photo-crosslinked or photo-crosslinkable material, even a biopolymer or modified biopolymer is or includes. Das zu biofunktionalisierende Material kann insbesondere die polymere Vernetzer-Komponente oder die kurzkettige Vernetzer-Komponente sein. Biofunktionalisierende to the material may be particularly the polymeric cross-linking component or the short chain cross-linking component. Die Biofunktionalisierung ist besonders bevorzugt bei der Verwendung der zwei- oder dreidimensionalen Struktur in biologischer oder medizinischer Verwendung, z. B. insbesondere als Aderersatzmaterial, z. B. um zelladhärente, proliferationsfördernde und/oder antithrombogene Eigenschaften auf die zwei- oder dreidimensionale Struktur zu übertragen. The biofunctionalization is particularly preferred when using the two- or three-dimensional structure in biological or medical use, for. Example, in particular as a wire replacement material, eg. As to transmit zelladhärente, proliferation-promoting and / or anti-thrombogenic properties on the two- or three-dimensional structure , Die antithromogenen Eigenschaften der zwei- oder dreidimensionalen Struktur werden bevorzugt insbesondere über die sequenzielle Anbindung von modifiziertem Heparin, insbesondere Heparinsulfat, erreicht. The antithromogenen properties of two- or three-dimensional structure are particularly preferred over the sequential binding of modified heparin, heparin sulphate in particular, is reached.
[0076] [0076]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die biofunktionelle Komponente, die zur Biofunktionalisierung der photovernetzten Materials eingesetzt wird, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Proteinen wie Glycoproteinen, Wachstumsfaktoren oder Antikörper, Peptidsequenzen, Polysaccharide, Glykosaminglykane, Nucleinsäuren, Aptamere und Derivate davon sowie Kombinationen davon. In a preferred embodiment the biofunctional component that is used for the biofunctionalization the photo cross-linked material selected from the group consisting of proteins such as glycoproteins, growth factors or antibodies, peptide sequences, polysaccharides, glycosaminoglycans, nucleic acids, aptamers and derivatives thereof and combinations thereof.
[0077] [0077]
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die als biofunktionelle Komponente charakterisierten Biopolymere oder modifizierten Biopolymere auch als polymere Vernetzer-Komponenten des photovernetzbaren Materials eingesetzt werden können. In a particularly preferred embodiment it is provided that the biofunctional component characterized as biopolymers or modified biopolymers can also be used as the polymeric cross-linker components of the photocrosslinkable material. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die als Biopolymere oder modifizierte Biopolymere aufgeführten polymeren Vernetzer-Komponenten des photovernetzbaren Materials auch als biofunktionelle Komponenten eingesetzt werden können zur Biofunktionalisierung des photovernetzten oder photovernetzbaren Materials, insbesondere der polymeren oder kurzkettigen Vernetzer-Komponente, insbesondere wenn die polymere Vernetzer-Komponente als Biopolymer oder modifiziertes Biopolymer ausgeführt ist. In a further preferred embodiment provides that the listed as biopolymers or modified biopolymers polymeric cross-linker components of the photocurable material can be used as bio-functional components for the biofunctionalization of the photo-crosslinked or photo-crosslinkable material, in particular the polymers or short chain cross-linking component, particularly when the polymeric cross-linking component is designed as a biopolymer or modified biopolymer.
[0078] [0078]
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt a) acrylierte Gelatine als polymere Vernetzer-Komponente mit mindestens zwei photovernetzbaren Gruppen verwendet. In a preferred embodiment gelatin is used as acrylated polymeric cross-linking component having at least two photocrosslinkable groups in step a). Die nach Schritt b) photovernetzte Struktur enthält dadurch Anknüpfungsstellen für Integrin als Rezeptor zur Anbindung von Zellen. After step b) photo-crosslinked structure thereby contains points of attachment for integrin as a receptor for attachment of cells.
[0079] [0079]
Bevorzugt erfolgt die Biofunktionalisierung nach dem Herstellen einer photovernetzten Struktur und der Entfernung des Substrats und cytotoxischer Stoffe wie der Photoinitiator-Komponente und/oder der Stützstruktur durch Nachbehandlung. Preferably, the biofunctionalization takes place after the production of a photo-cross-linked structure and the distance of the substrate and cytotoxic agents such as the photoinitiator component and / or the support structure by after-treatment.
[0080] [0080]
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das photovernetzbare oder photovernetzte, bevorzugt das photovernetzte Material bevorzugt über eine Michael-Addition, mit organischen primären Aminen, Gelatine und/oder Thioheparinsulfat funktionalisiert. In a preferred embodiment, the photocrosslinkable or photocrosslinked, preferably the photo cross-linked material preferably functionalized by a Michael addition, with organic primary amines, gelatin and / or Thioheparinsulfat.
[0081] [0081]
In einer bevorzugten Ausführungsform werden mit Thiolgruppen modifizierte Biopolymere, insbesondere Proteine wie Kollagen, Gelatine und Fibronektin oder Polysaccharide wie Cellulose, Stärke, Glycogen, Hyaluronsäure, Chondroitinsulfat, Heparinsulfat und Heparin, insbesondere Heparinsulfat, an die nicht umgesetzten Doppelbindungen der zwei- oder dreidimensionalen Struktur, insbesondere an die Oberfläche dieser Struktur, über eine Thiol-En-Michael-Addition kovalent gebunden. In a preferred embodiment, with thiol groups modified biopolymers, particularly proteins such as collagen, gelatin and fibronectin, or polysaccharides such as cellulose, starch, glycogen, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, heparin sulfate and heparin, in particular heparin sulphate, to the unreacted double bonds of the two- or three-dimensional structure, in particular bonded to the surface of this structure, via a thiol-ene Michael addition covalently. Diese Biofunktionalisierung erfolgt bevorzugt nach jeder Verfahrensfolge der Schritte a) und b). This is preferably carried out after each biofunctionalization process sequence of steps a) and b).
[0082] [0082]
In bevorzugter Ausführungsform wird abwechselnd die Michael-Addition und die Verfahrensfolge der Schritte a) und b) durchgeführt. In a preferred embodiment, the Michael addition and the process sequence of steps a) and b) is performed alternately.
[0083] [0083]
In einer bevorzugten Ausführungsform werden nicht alle Thiolgruppen des modifizierten Biopolymers über die Thiol-En-Michael-Addition umgesetzt. In a preferred embodiment not all of the thiol groups of the modified biopolymer via the thiol-ene Michael addition be implemented. Bevorzugt werden in einem weiteren Schritt diese nicht umgesetzten Thiolgruppen zumindest teilweise mit bevorzugt Acrylat-modifizierten Biopolymeren, insbesondere Proteine wie Kollagen, Gelatine und Fibronektin oder Polysaccharide wie Cellulose, Stärke, Glycogen, Hyaluronsäure, Chondroitinsulfat, Heparinsulfat und Heparin, insbesondere Heparinsulfat, über eine Thiol-En-Michael-Addition umgesetzt. Are preferably used in a further step, this unreacted thiol groups at least partially, preferably with acrylate-modified biopolymers, particularly proteins such as collagen, gelatin and fibronectin, or polysaccharides such as cellulose, starch, glycogen, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, heparin sulfate and heparin, in particular heparin sulfate, a thiol -en-Michael addition implemented. Die bevorzugt alternierende Umsetzung der hergestellten photovernetzten Struktur mit Thiol-modifizierten Biopolymeren und Acrylat-modifizierten Biopolymeren wird bevorzugt so oft wiederholt, bis die Oberfläche der zwei- oder dreidimensionalen Struktur das modifizierte Biopolymer im gewünschten Anteil beziehungsweise Bedeckungsgrad enthält. The preferred implementation of the produced alternating photo cross-linked structure with thiol-modified biopolymers, and acrylate-modified biopolymers is preferably repeated until the surface of the two- or three-dimensional structure containing the modified biopolymer in the desired proportion, or degree of coverage.
[0084] [0084]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das für die biofunktionelle Komponente verwendete Protein ein Strukturprotein wie Kollagen und/oder ein denaturiertes Protein wie Gelatine. In a preferred embodiment, the protein used for the biofunctional component is a structural protein such as collagen and / or a denatured protein like gelatin.
[0085] [0085]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das für die biofunktionelle Komponente verwendete Glykosamingylkan Heparin, Heparinsulfat, Chondroitinsulfat und/oder Keratansulfat. In a preferred embodiment, the component used for the biofunctional Glykosamingylkan heparin, heparin sulfate, chondroitin sulphate and / or keratan sulphate.
[0086] [0086]
In einer bevorzugten Ausführungsform werden, insbesondere in der äußersten Schicht der zwei- oder dreidimensionalen Struktur, biofunktionelle Komponenten, zum Beispiel Adhäsionsanker, insbesondere Cys-RGD (Cystein-Arginin-Glycin-Aspartat), kovalent, insbesondere über eine Thiol-En-Michael-Addition oder durch oxidative Bildung von Disulfidbrücken, gebunden, bevorzugt zur stabilen Adhäsion von Zellen an die Oberfläche der zwei- oder dreidimensionalen Struktur, bevorzugt zur vollständigen Endotheliarisierung. In a preferred embodiment, in particular in the outermost layer of the two- or three-dimensional structure, biofunctional components, for example Adhäsionsanker, in particular RGD-Cys (cysteine-arginine-glycine-aspartate), covalently, in particular via a thiol-ene-Michael addition or bound by oxidative disulfide bond formation, preferably for stable adhesion of cells to the surface of the two- or three-dimensional structure, preferably to the complete endothelialization.
[0087] [0087]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die biofunktionelle Komponente indirekt über Nanopartikel mit dem photovernetzbaren oder photovernetzten Material verbunden. In a preferred embodiment, the bio-functional component is connected indirectly through nanoparticles with crosslinkable or photo-cross-linked material.
[0088] [0088]
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Nanopartikel molekülspezifische Erkennungsstellen auf. In a preferred embodiment, the nanoparticles have molecule-specific recognition sites. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die biofunktionelle Komponente kovalent oder nicht-kovalent an die Nanopartikel gebunden. In a preferred embodiment of the present invention, the bio-functional component is covalently or non-covalently bound to the nanoparticles.
[0089] [0089]
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Nanopartikel in ihrem Inneren die biofunktionelle Komponente auf. In a preferred embodiment, the nanoparticles in their interior to the biofunctional component. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Nanopartikel in ihrem Inneren Hohlräume auf, wobei in den Hohlräumen die biofunktionelle Komponente vorliegt. In a preferred embodiment, the nanoparticles in their internal cavities, wherein the cavities present in the biofunctional component.
[0090] [0090]
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Nanopartikel ein polymeres Matrixmaterial auf, wobei die biofunktionelle Komponente mit dem polymeren Matrixmaterial vermischt und gegebenenfalls ionisch gebunden ist. In a preferred embodiment, the nanoparticles have a polymeric matrix material, wherein the biofunctional component is mixed with the polymeric matrix material, and is optionally bound ionically.
[0091] [0091]
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die verkapselte, biofunktionelle Komponente durch Auflösen des Nanopartikels in einem Lösungsmittel, bevorzugt Wasser, freigesetzt. In a preferred embodiment, the encapsulated, bio-functional component is released by dissolution of the nanoparticle in a solvent, preferably water.
[0092] [0092]
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Nanopartikel aus miteinander kovalent oder nicht-kovalent vernetzten biofunktionellen Komponenten. In a preferred embodiment, the nanoparticles from each other covalently or non-covalently cross-linked bio-functional components.
[0093] [0093]
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Nanopartikel an ihrer Oberfläche molekülspezifische Erkennungsstellen auf, an die in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die biofunktionelle Komponente kovalent oder nicht-kovalent an Nanopartikel gebunden ist. In a preferred embodiment, the nanoparticles on their surface molecule-specific recognition sites on to which, in a preferred embodiment of the present invention, the bio-functional component is covalently or non-covalently bound to the nanoparticles.
[0094] [0094]
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine biofunktionelle Komponente mindestens eine funktionelle Gruppe auf, mit der die biofunktionelle Komponente mit den Nanopartikeln verbunden ist, insbesondere mit den molekülspezifischen Erkennungsstellen der Nanopartikel. In a preferred embodiment, the at least one bio-functional component comprises at least one functional group with which the biofunctional component connected to the nanoparticles, in particular with the molecule-specific recognition sites of the nanoparticles.
[0095] [0095]
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Bindung der biofunktionelle Komponente mit der mindestens einer funktionellen Gruppe an die molekülspezifischen Erkennungsstellen der Nanopartikel, an dem erste funktionelle Gruppen aufweisende molekülspezifische Erkennungsstellen der Nanopartikel mit die ersten funktionellen Gruppen bindenden, komplementären zweiten funktionellen Gruppen aufweisenden biofunktionellen Komponenten derart in Kontakt gebracht werden, dass kovalente und/oder nicht-kovalente Bindungen zwischen den funktionellen Gruppen der molekülspezifischen Erkennungsstellen und der biofunktionellen Komponenten erfolgen. In a preferred embodiment the binding of the bio-functional component is made with the at least one functional group on the molecule-specific recognition sites of the nanoparticles, having at the first functional groups of molecule-specific recognition sites of the nanoparticles with the first functional groups binding, complementary second functional group-containing bio-functional components in such a manner in contact be brought that covalent and / or non-covalent bonds between the functional groups of the molecule-specific recognition sites and the biofunctional components take place.
[0096] [0096]
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die ersten funktionellen Gruppen und die die ersten funktionellen Gruppen bindenden komplementären zweiten funktionellen Gruppen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aktivester, Alkylketongruppe, Aldehydgruppe, Aminogruppe, Carboxygruppe, Epoxygruppe, Maleinimidogruppe, Hydazingruppe, Hydrazidgruppe, Thiolgruppe, Thioestergruppe, Oligohistidingruppe, Strep-Tag I, Strep-Tag II, Desthiobiotin, Biotin, Chitin, Chitinderivate, Chitinbindedomäne, Metallchelatkomplex, Streptavidin, Streptactin, Avidin und Neutravidin. In a preferred embodiment, the first functional groups and the first functional groups binding complementary second functional groups are selected from the group consisting of active ester, alkyl ketone group, aldehyde group, amino group, carboxy group, epoxy group, maleimido group, Hydazingruppe, hydrazide group, thiol group, thioester group, oligohistidine group, Strep tag I, Strep-tag II, Desthiobiotin, biotin, chitin, chitin derivatives, Chitinbindedomäne, metal chelate, streptavidin, streptactin, avidin and neutravidin.
[0097] [0097]
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine biokompatible Struktur hergestellt, wobei die polymere Vernetzer-Komponente in einer Menge von 5 bis 80 Masse-%, insbesondere 5 bis 30 Masse-%, und die mindestens eine Photoinitiator-Komponente in einer Menge von 0,2 bis 4 Masse-%, vorzugsweise 0,5 bis 1 Masse-%, bevorzugt weniger als 0,5 Masse-% vorliegt. In a preferred embodiment, a biocompatible structure is prepared wherein the polymeric cross-linking component in an amount of 5 to 80 mass%, particularly 5 to 30% by mass, and at least one photoinitiator component in an amount of 0.2 to 4% by mass, preferably 0.5 to 1 mass%, preferably less than 0.5 mass% is present.
[0098] [0098]
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das photovernetzbare Material zusätzlich mindestens eine kurzkettige Vernetzer-Komponente mit mindestens drei photovernetzbaren Gruppen auf, die aus der Gruppe ausgewählt sind bestehend aus Acrylat, Methacrylat, Acrylamid, Methacrylamid, Urethanacrylat, Urethanmethacrylat, Ureaacrylat und Ureamethacrylat. In a preferred embodiment, the photocrosslinkable material additionally comprises at least one short chain cross-linking component having at least three photocrosslinkable groups that are selected from the group consisting of acrylate, methacrylate, acrylamide, methacrylamide, urethane acrylate, urethane methacrylate, and Ureaacrylat Ureamethacrylat.
[0099] [0099]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die kurzkettige Vernetzer-Komponente aus der Gruppe ausgewählt bestehend aus kurzkettigen polyfunktionalen Alkoholen und kurzkettigen polyfunktionalen Aminen. In a preferred embodiment, the short chain cross-linking component is selected from the group consisting of short chain polyfunctional alcohols and short-chain polyfunctional amines.
[0100] [0100]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die kurzkettige Vernetzer-Komponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Trimethyl-olpropan, Pentaerythrit, Trimethylolpropanpropoxylat, Glycerolpropoxylat, Trimethylolpropan und Di(trimethylolpropan). In a preferred embodiment, the short chain cross-linking component is selected from the group consisting of trimethyl propane, narrow-pentaerythritol, Trimethylolpropanpropoxylat, glycerol propoxylate, trimethylolpropane, and di (trimethylolpropane).
[0101] [0101]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die kurzkettige Vernetzer-Komponente mit mindestens drei photovernetzbaren Gruppen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Trimethylolpropan-triacrylat, Pentaerythrit-triacrylat, Trimethylolpropanpropoxylat-triacrylat, Glycerolpropoxylat-triacrylat, Trimethylolpropan-trimethacrylat, Di(trimethylolpropan)-tetraacrylat und Pentaerythrit-tetraacrylat. In a preferred embodiment, the short chain cross-linking component is at least three-linkable groups selected from the group consisting of trimethylolpropane triacrylate, pentaerythritol triacrylate, Trimethylolpropanpropoxylat triacrylate, glycerol propoxylate triacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, di (trimethylolpropane) tetraacrylate and pentaerythritol tetraacrylate.
[0102] [0102]
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das photovernetzbare Material zusätzlich mindestens eine niedrig-viskose Modifikatorkomponente mit einer photovernetzbaren Gruppe auf, die aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus Acrylat, Methacrylat, Acrylamid, Methacrylamid, Urethanacrylat, Urethanmethacrylat, Ureaacrylat und Ureamethacrylat. In a preferred embodiment, the photocurable material additionally comprises at least one low-viscous Modifikatorkomponente with a photo-crosslinkable group selected from the group consisting of acrylate, methacrylate, acrylamide, methacrylamide, urethane, urethane, and Ureaacrylat Ureamethacrylat.
[0103] [0103]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die niedrig-viskose Modifikatorkomponente Laurylacrylat und/oder Isobornylacrylat. In a preferred embodiment, the low-viscous Modifikatorkomponente lauryl acrylate and / or isobornyl acrylate.
[0104] [0104]
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das photovernetzbare Material zusätzlich mindestens eine Verdünner-Komponente auf. In a preferred embodiment, the photocrosslinkable material additionally has at least one thinner component. Die Verdünner-Komponente ist ein wässriges oder organisches Lösungsmittel, das bevorzugt einen hohen Dampfdruck besitzt. The diluent component is an aqueous or organic solvent which preferably has a high vapor pressure. Der hohe Dampfdruck des wässrigen oder organischen Lösungsmittels dient zur teilweise oder kompletten, schnellen Verflüchtigung vor der Aushärtung des in Schritt b) photovernetzten Materials. The high vapor pressure of the aqueous or organic solvent is used for partial or complete, rapid volatilization prior to curing of the photo-crosslinked in step b) material.
[0105] [0105]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Photoinitiator-Komponente aus der Gruppe ausgewählt bestehend aus alpha-Hydroxyketone, alpha-Morpholino-ketone, Phosphinoxide, Campherchinone, N,N,N',N'-substituierte Benzidine, dreifach arylsubstituierte Amine und Diynone. In a preferred embodiment, the photoinitiator component is selected from the group consisting of alpha-hydroxyketones, alpha-morpholino ketones, phosphine oxides, Campherchinone, N, N, N ', N'-substituted benzidines, trisubstituted aryl substituted amines and Diynone.
[0106] [0106]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Photoinitiator-Komponente aus der Gruppe ausgewählt bestehend aus 1-Hydroxycyclohexylphenylketon, 4-(2-Hydroxyethoxy)phenyl-(2-hydroxy-2-propyl)keton, Phenyl-bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphin-oxid, 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-on, 2-Methyl-1-[4-(methylthio)phenyl]-2-morpholinpropan-1-on, N 4 ,N 4' -bis(3-methoxy-phenyl)-N 4 ,N 4' -diphenyl-4,4'-diaminobiphenyl und 1,5-Diphenyl-1,4-diyn-3-on. In a preferred embodiment, the photoinitiator component is selected from the group consisting of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 4- (2-hydroxyethoxy) ketone phenyl- (2-hydroxy-2-propyl), phenyl-bis (2,4,6-trimethylbenzoyl ) phosphine-oxide, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropane-1-one, 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2-morpholinpropan-1-one, N 4, N 4 '-bis (3-methoxy-phenyl) -N 4, N 4' -diphenyl-4,4'-diaminobiphenyl and 1,5-diphenyl-1,4-diyn-3-one.
[0107] [0107]
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die zur ortsselektiven Fixierung verwendeten photovernetzbaren Materialien mindestens eine Photoinitiator-Komponente auf, die aus der Gruppe ausgewählt sind bestehend aus 1-Hydroxycyclohexylphenylketon, 4-(2-Hydroxyethoxy)phenyl(2-hydroxy-2-propyl)keton und N 4 ,N 4' -bis(3-methoxyphenyl)-N 4 ,N 4' -diphenyl-4,4'-diaminobiphenyl. In a preferred embodiment, the crosslinkable materials used for the site-selective fixing of at least one photoinitiator component, which are selected from the group consisting of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 4- (2-hydroxyethoxy) phenyl (2-hydroxy-2-propyl) ketone and N 4, N 4 '-bis (3-methoxyphenyl) -N 4, N 4' -diphenyl-4,4'-diaminobiphenyl.
[0108] [0108]
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das photovernetzbare Material eine Photoinitiator-Komponente auf, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 1-Hydroxy-Cyclohexylphenylketon, 4-(2-Hydroxyethoxy)phenyl-(2-hydroxy-2-propyl)keton, Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phoshinoxid, 2-Methyl-1-[4-(methylthio)phenyl]-2-morpholinpropan-1-on, N 4 ,N 4' -bis(3-Methoxyphenyl)-N 4 ,N 4' -diphenyl-4,4'-diaminobiphenyl und 1,5-Diphenyl-1,4-diyn-3-on. In a preferred embodiment, the photo-crosslinkable material, a photoinitiator component, which is selected from the group consisting of 1-hydroxy-cyclohexyl phenyl ketone, 4- (2-hydroxyethoxy) phenyl ketone (2-hydroxy-2-propyl) phenylbis ( 2,4,6-trimethylbenzoyl) -phoshinoxid, 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2-morpholinpropan-1-one, N 4, N 4 '-bis (3-methoxyphenyl) -N 4 , N 4 '-diphenyl-4,4'-diaminobiphenyl and 1,5-diphenyl-1,4-diyn-3-one. Diese vorgenannten Photoinitiator-Komponenten sind besonders bevorzugt zur Herstellung einer biokompartiblen zwei- oder dreidimensionalen Struktur verwendbar. The aforementioned photoinitiator components are particularly preferred for the preparation of a two- or three-dimensional structure biokompartiblen usable.
[0109] [0109]
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das photovernetzbare Material zusätzlich mindestens eine Stabilisator-Komponente auf, der aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus Hydrochinone und Monomethyletherhydrochinone, vorzugsweise in einer Menge von weniger als 500 ppm, bevorzugt weniger als 200 ppm, bevorzugt weniger als 100 ppm (bezogen auf die Stoffmenge der in dem photovernetzbaren Material vorhandenen Komponenten). In a preferred embodiment, the photocrosslinkable material additionally comprises at least one stabilizer component, which is selected from the group consisting of hydroquinones and Monomethyletherhydrochinone, preferably in an amount of less than 500 ppm, preferably less than 200 ppm, preferably less than 100 ppm ( based on the amount of material present in the crosslinkable components). Die Beimengung einer Stabilisator-Komponente verhindert bevorzugt spontane oder thermisch unkontrollierte Polymerisationen des photovernetzbaren Materials. The addition of a stabilizer component preferably prevents spontaneous or uncontrolled polymerization of thermally crosslinkable material.
[0110] [0110]
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das photovernetzbare Material mindestens eine polymere Vernetzer-Komponente mit mindestens zwei photovernetzbaren Gruppen, eine kurzkettige Vernetzer-Komponente mit mindestens drei photovernetzbaren Gruppen, eine niedrig-viskose Modifikatorkomponente mit einer photovernetzbaren Gruppe, mindestens eine Photoinitiatorkomponente, eine Komponente zur Biofunktionalisierung und ein wässriges oder organisches Lösungsmittel auf. In a particularly preferred embodiment, the photocurable material at least one polymeric cross-linking component having at least two photocrosslinkable groups, a short chain cross-linking component having at least three-linkable groups, a low-viscous Modifikatorkomponente having a photocrosslinkable group, at least one photoinitiator component, a component for biofunctionalization and an aqueous or organic solvent.
[0111] [0111]
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das photovernetzbare Material zusätzlich eine Absorberkomponente, welche, insbesondere für SL-Verfahren, die Strukturauflösung in Strahlrichtung der elektromagnetischen Strahlung erhöht. In a preferred embodiment, the photocurable material further comprises an absorber component, which increases in particular for SL method, the pattern resolution in the beam direction of the electromagnetic radiation.
[0112] [0112]
In einer bevorzugten Ausführungsform, hier als erste Verfahrensfolge bezeichnet, erfolgt in Schritt a) das Aufbringen des mindestens einen photovernetzbaren Materials auf der Arbeitsebene ortsselektiv und das in Schritt b) durchgeführte Fixieren des mindestens einen in Schritt a) photovernetzbaren Materials durch elektromagnetische Strahlung flächig. In a preferred embodiment, herein referred to as the first method results in the application of the at least one crosslinkable material in step a) at the working level site-selectively and carried out in step b) fixing the at least one crosslinkable in step a) material by electromagnetic radiation surface.
[0113] [0113]
In einer bevorzugten Ausführungsform, hier als zweite Verfahrensfolge bezeichnet, erfolgt in Schritt a) das Aufbringen des mindestens einen photovernetzbaren Materials auf der Arbeitsebene flächig und das in Schritt b) durchgeführte Fixieren des mindestens einen in Schritt a) aufgebrachten photovernetzbaren Materials durch elektromagnetische Strahlung ortsselektiv. In a preferred embodiment, referred to herein as a second process sequence, the application of the at least one photo cross-linkable material in step a) on the working plane surface and the process carried out in step b) fixing the at least one applied in step a) photo-crosslinkable material by electromagnetic radiation of site-selectively.
[0114] [0114]
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, hier als dritte Verfahrensfolge bezeichnet, erfolgt in Schritt a) das Aufbringen des mindestens einen photovernetzbaren Materials auf der Arbeitsebene flächig und das in Schritt b) durchgeführte Fixieren des mindestens einen in Schritt a) aufgebrachten photovernetzbaren Materials durch elektromagnetische Strahlung flächig. In a further preferred embodiment, referred to herein as a third process sequence, the application of the at least one photo cross-linkable material, the carried out in step b) fixing the at least one applied in step a) photocrosslinkable material is carried out in step a) onto the work plane surface and by electromagnetic radiation surface ,
[0115] [0115]
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, hier als vierte Verfahrensfolge bezeichnet, erfolgt in Schritt a) das Aufbringen des mindestens einen photovernetzbaren Materials auf der Arbeitsebene ortsselektiv und das in Schritt b) durchgeführte Fixieren des mindestens einen in Schritt a) aufgebrachten photovernetzbaren Materials durch elektromagnetische Strahlung ortsselektiv. In a further preferred embodiment, referred to herein as a fourth operation sequence, the application of the at least one photo cross-linkable material, the carried out in step b) fixing the at least one applied in step a) photocrosslinkable material is carried out in step a) onto the work plane location-selective and by electromagnetic radiation site-selectively ,
[0116] [0116]
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Verfahrensfolge der Schritte a) und b) mindestens zweimal, vorzugsweise mindestens 500 mal, vorzugsweise mindestens 1000 mal, vorzugsweise 2- bis 600 mal, insbesondere 400- bis 600 mal, bevorzugt 500 mal durchgeführt. In a preferred embodiment, the process sequence of steps a) and b) at least twice, preferably at least 500 times, preferably at least 1000 times, preferably 2 to 600 times, particularly 400 to 600 times, preferably 500 times performed.
[0117] [0117]
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren so durchgeführt, dass eine, zwei, drei oder alle vier der vorgenannten Verfahrensfolgen allein oder in Kombination miteinander durchgeführt werden, wobei jede einzelne der unterschiedlichen Verfahrensfolgen ein-, mehrmals oder vielmals durchgeführt werden. In a preferred embodiment, the method is carried out so that one, two, three or all four of the aforementioned methods follow are carried out alone or in combination with each other, wherein each of the different process sequences once, several times or many times performed. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass zumindest zwei der vorgenannten Verfahrensfolgen ausgewählt aus der Gruppe der ersten, zweiten, dritten und vierten Verfahrensfolge miteinander kombiniert durchgeführt werden, wobei jede einzelne der unterschiedlichen Verfahrensfolgen ein-, mehrmals oder vielmals durchgeführt werden kann. In a further preferred embodiment can also be provided that at least two of the aforementioned methods episodes selected from the group of the first, second, third and fourth process sequence are performed combined, with each of the different methods episodes one, can be performed more than once or many times.
[0118] [0118]
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in einer ersten Verfahrensfolge in Schritt a) ortsselektiv wenigstens ein erstes photovernetzbares Material auf der Arbeitsebene aufgebracht und in einem Schritt b) dieses flächig durch elektromagnetische Strahlung fixiert, insbesondere zur Herstellung einer Zentimeter oder Millimeter großen, also makroskopischen Struktur, und anschließend in einer zweiten Verfahrensfolge in einem Schritt a) flächig wenigstens ein zweites photovernetzbares Material auf der Arbeitsebene aufgebracht und in einem Schritt b) dieses ortsselektiv durch elektromagnetischen Strahlung fixiert, insbesondere zur Herstellung einer mikro- oder submikrometergroßen Unterstruktur. In a preferred embodiment is applied in a first process sequence in step a) site-selectively at least a first photocrosslinkable material at the working level and area fixed in step b) of this electromagnetic radiation, in particular for the production of a centimeter or millimeter, so macroscopic structure, and then applied in a second process result in a step a) at least one second surface photocrosslinkable material at the working level and site-selectively fixed in a step b) of this by electromagnetic radiation, in particular for the production of a micro- or submicron substructure.
[0119] [0119]
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die erste Verfahrensfolge der Schritte a) und b) mindestens zweimal, vorzugsweise mindestens 500 mal, vorzugsweise mindestens 1000 mal, vorzugsweise 2 bis 600 mal, insbesondere 400 bis 600 mal, insbesondere 500 mal und die zweite Verfahrensfolge der Schritte a) und b) zusätzlich mindestens 2 mal, vorzugsweise mindestens 500 mal, vorzugsweise mindestens 1000 mal, vorzugsweise 2 bis 600 mal, insbesondere 400 bis 600 mal, insbesondere 500 mal durchgeführt. In a preferred embodiment, the first operation sequence the steps a) and b) at least twice, preferably at least 500 times, preferably at least 1000 times, preferably 2 to 600 times, particularly 400 to 600 times, preferably 500 times and the second process sequence of the steps a ) and b) additionally at least 2 times, preferably at least 500 times, preferably at least 1000 times, preferably 2 to 600 times, particularly 400 to 600 times, in particular from 500 times.
[0120] [0120]
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die erste Verfahrensfolge der Schritte a) und b) jeweils abwechselnd mit der zweiten Verfahrensfolge der Schritte a) und b) durchgeführt. In a preferred embodiment, the first operation sequence the steps a) and b) is carried out alternately with the second operation sequence the steps a) and b).
[0121] [0121]
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass in den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, im Rahmen derer eine erste und eine zweite Verfahrensfolge miteinander kombiniert durchgeführt werden, zusätzlich zumindest eine dritte und/oder zumindest eine vierte Verfahrensfolge durchgeführt wird. In a further preferred embodiment it can be provided that, in addition at least a third and / or at least one fourth process sequence is performed in the above-described preferred embodiments, which are carried out a first and a second process sequence combined with each other in the frame.
[0122] [0122]
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass innerhalb einer Verfahrensfolge, insbesondere innerhalb des Verfahrensschritts a) zwei oder mehr unterschiedliche photovernetzbare Materialien, insbesondere ortsselektiv, aufgebracht und anschließend in Schritt b) fixiert werden. In a further preferred embodiment it is provided that within a process cycle, in particular, within the method step a) two or more different photo-crosslinkable materials, in particular site-selectively applied, and are then fixed in step b). In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in einer ersten Verfahrensfolge der Schritte a) und b) ein photovernetzbares Material eingesetzt, das sich von einem in einer zweiten Verfahrensfolge der Schritte a) und b) eingesetzten photovernetzbaren Material unterscheidet, insbesondere hinsichtlich ihrer Photoempfindlichkeit. In a further preferred embodiment of the present invention, the steps a) and b) used is a photocrosslinkable material in a first processing sequence, which differs from one used in a second process sequence of steps a) and b) photocrosslinkable material, in particular with regard to their photosensitivity.
[0123] [0123]
In einer bevorzugten Ausführungsform werden in der Verfahrensfolge der Schritte a) und b) mindestens zwei verschiedene photovernetzbare Materialien mit unterschiedlichen Photoempfindlichkeiten eingesetzt. In a preferred embodiment the steps a) and b) are at least two different photo-crosslinkable materials having different photosensitivities in the process sequence.
[0124] [0124]
In einer bevorzugten Ausführungsform werden in der Verfahrensfolge der Schritte a) und b) mindestens ein photovernetzbares Material und mindestens ein nicht-photovernetzbares Stützmaterial eingesetzt. In a preferred embodiment the steps a) and b) at least one photocrosslinkable material and at least one non-photocrosslinkable support material employed in the process sequence. Das nicht-photovernetzbares Stützmaterial bildet eine Stützstruktur aus. The non-photo-cross support material forms a support structure.
[0125] [0125]
In einer bevorzugten Ausführungsform werden in der ersten Verfahrensfolge der Schritte a) und b), insbesondere in Kombination mit der zweiten Verfahrensfolge der Schritte a) und b), mindestens zwei verschiedene photovernetzbare Materialien mit unterschiedlichen Photoempfindlichkeiten eingesetzt. In a preferred embodiment, in the first operation sequence the steps a) and b), in particular in combination with the second process sequence of the steps a) and b), at least two different photo-crosslinkable materials having different photosensitivities.
[0126] [0126]
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Substrat verwendet, auf dem die wenigstens eine Schicht, vorzugsweise eine Vielzahl von Schichten abgeschieden werden. In a preferred embodiment, a substrate is used, on which the at least one layer, preferably a plurality of layers are deposited. Als Substrat wird ein steifes oder flexibles Substrat verwendet, insbesondere kann das Substrat aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. As the substrate, a rigid or flexible substrate is used, in particular, the substrate may be made of a plastic material. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Substrat eine Plastikfolie, Plastikfilm, Membran, Glas, Metall, Halbmetall, Vlies oder Papier sein, vorzugsweise aus biokompatiblem, insbesondere bioabbaubarem Material. In a particularly preferred embodiment, the substrate may be a plastic film, plastic film, membrane, glass, metal, semi-metal, fabric or paper, preferably made of a biocompatible, biodegradable material particular.
[0127] [0127]
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Substrat im Anschluss an Schritt b), vorzugsweise nach Abschluss einer wiederholten Durchführung der Verfahrensfolgen a) und b), von der erhaltenen zwei- oder dreidimensionalen Struktur abgetrennt, insbesondere durch chemischen, physikalischen oder biologischen Abbau. In a preferred embodiment, the substrate subsequent to step b), preferably after the completion of a repeated implementation of the method effects a) and b), separated from the resultant two or three dimensional structure, in particular by chemical, physical or biological degradation.
[0128] [0128]
In einer bevorzugten Ausführungsform bleibt das Substrat im Anschluss an Schritt b), vorzugsweise nach Abschluss einer wiederholten Durchführung der Verfahrensfolgen a) und b), Teil der hergestellten Struktur und wird so zum integralen Bestandteil der zwei- oder dreidimensionalen Struktur. In a preferred embodiment, the substrate subsequent to step b) is, preferably after a repeated implementation of the method effects a) and b), part of the structure produced, and thus becomes an integral part of two- or three-dimensional structure.
[0129] [0129]
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Biokompatibilität durch spezielle Waschprotokolle bereitgestellt. In a preferred embodiment, the biocompatibility is provided by special washing protocols.
[0130] [0130]
Insbesondere wird mit polaren und/oder unpolaren organischen Lösungsmitteln und wässrigen Pufferlösungen gewaschen. In particular is washed with polar and / or non-polar organic solvents and aqueous buffer solutions. Insbesondere wird fünf Tage lang täglich mit je 3 mL 70%igem Ethanol (bezogen auf eine Materialoberfläche von 7 cm 2 ) gewaschen. Particularly daily with 3 ml of 70% ethanol (relative to a surface of material 7 cm 2) is washed for five days. Insbesondere wird das photovernetzte Material während dieses Waschvorgangs bei Raumtemperatur auf einem Schüttler inkubiert. In particular, the photo-crosslinked material is incubated on a shaker during this washing process at room temperature. Nach dem Waschvorgang mit Ethanol wird insbesondere zwei Tage lang im Vakuum getrocknet. After washing with ethanol is particularly dried for two days in a vacuum. Nach dem Trocknen wird insbesondere dreimal mit einem PBS-Puffer (PBS = Phosphat buffered saline) gewaschen. After drying, in particular three times with a PBS buffer (PBS = phosphate buffered saline) is washed.
[0131] [0131]
Das erfindungsgemäße Problem wird des Weiteren durch eine dreidimensionale Struktur herstellbar gemäß einem der erfindungsgemäßen Verfahren gelöst. The problem of the invention is achieved by a three-dimensional structure manufactured in accordance with one of the methods according to the invention further.
[0132] [0132]
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die zwei- oder dreidimensionale Struktur ein E-Modul (Elastizitäts-Modul) von 0,1 bis 100 MPa, bevorzugt 1 bis 40 MPa, bevorzugt 1 bis 20 MPa, bevorzugt 0,5 bis 10 MPa auf. In a preferred embodiment, the two- or three-dimensional structure of an E-modulus (modulus of elasticity) of 0.1 to 100 MPa, preferably 1 to 40 MPa, preferably 1 to 20 MPa, preferably 0.5 to 10 MPa.
[0133] [0133]
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die zwei- oder dreidimensionale Struktur eine Quellbarkeit in Wasser von 1 bis 700%, bevorzugt 300 bis 700%, bevorzugt 1 bis 500%, bevorzugt 1 bis 100%, bevorzugt 1 bis 10%, insbesondere 0,5 bis 5% auf. In a preferred embodiment, the two- or three-dimensional structure a swellability in water from 1 to 700%, preferably 300 to 700%, preferably 1 to 500%, preferably 1 to 100%, preferably 1 to 10%, in particular 0.5 to 5%.
[0134] [0134]
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die zwei- oder dreidimensionale Struktur eine Zugfestigkeit (Sigma) von 0,01 bis 10 MPa, bevorzugt 0,1 bis 1 MPa auf. In a preferred embodiment, the two- or three-dimensional structure has a tensile strength (sigma) of 0.01 to 10 MPa, preferably 0.1 to 1 MPa.
[0135] [0135]
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die auf der nicht biofunktionalisierten zwei- oder dreidimensionalen Struktur kultivierte Zellen (je nach Anwendung verschiedener Zelltypen) nach 48 Stunden eine Konfluenz von mindestens 10%, bevorzugt mindestens 50%, bevorzugt mindestens 80% auf. In a preferred embodiment, the cultured on the non biofunctionalized two- or three-dimensional cells have structure (depending on the application of various types of cells) after 48 hours a confluency of at least 10%, preferably at least 50%, preferably at least 80%.
[0136] [0136]
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die auf der biofunktionalisierten zwei- oder dreidimensionalen Struktur kultivierten Zellen (je nach Anwendung verschiedener Zelltypen) nach 48 Stunden eine Konfluenz von mindestens 50%, bevorzugt mindestens 60%, bevorzugt mindestens 80%, bevorzugt mindestens 90% auf. In a preferred embodiment, the cultured on two- or three-dimensional structure biofunctionalized cells comprise (depending on the application of various types of cells) after 48 hours a confluency of at least 50%, preferably at least 60%, preferably at least 80%, preferably at least 90%.
[0137] [0137]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zwei- oder dreidimensionale Struktur eine Matrix für die Besiedelung mit Zellen zur Herstellung eines in vitro oder in vivo Gewebes, eines Organteils oder Organteil-Äquivalents, eines Organs oder Organ-Äquivalents, eines Transplantats, eines Implantats, eines Gefäßes, eines Gefäßsystems, eines Hohlorgans oder eines Teils eines Hohlorgans, eines Zellkultursubstrats, porösen oder nicht-porösen Transportsystemen, porösen oder nicht-porösen Röhrensystemen, porösen oder nicht-porösen Schläuchen, einer Membran, eines diagnostisches Systems oder eines chirurgischen Gerätes, insbesondere eines Endoskops, oder Teiles davon. In a preferred embodiment, the two- or three-dimensional structure is a matrix for the colonization with cells for the preparation of an in vitro or in vivo tissue, organ part or organ part equivalent, an organ or equivalent, a graft, a graft, a vessel , a vascular system, of a hollow organ or a part of a hollow organ, a cell culture substrate, porous or non-porous transport systems, porous or non-porous tube systems, porous or non-porous tubing, a membrane, a diagnostic system, or a surgical device, in particular an endoscope or part thereof.
[0138] [0138]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zwei- oder dreidimensionale Struktur ein in vitro oder in vivo Gewebe, ein Organteil oder Organteil-Äquivalent, ein Organ oder Organ-Äquivalent, ein Transplantat, ein Implantat, ein Gefäß, ein Gefäßsystem, ein Hohlorgan oder ein Teil eines Hohlorgans, ein Zellkultursubstrat, poröse oder nicht-poröse Transportsysteme, poröse oder nicht-poröse Röhrensysteme, poröse oder nicht-poröse Schläuche, eine Membran, ein diagnostisches System oder ein chirurgisches Gerät, insbesondere ein Endoskop, oder Teil davon. In a preferred embodiment, the two- or three-dimensional structure in vitro or in vivo tissue, organ part or organ part equivalent, an organ or organ equivalent, a graft, an implant, a vessel, a vascular system, a hollow organ or a part of a hollow organ, a cell culture substrate, porous or non-porous transport systems, porous or non-porous tube systems, porous or non-porous tubing, a membrane, a diagnostic system, or a surgical device, in particular an endoscope or part of it.
[0139] [0139]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gefäß oder das Gefäßsystem ein Blutgefäß wie eine Arterie, Vene oder Kapillare, ein Lymphgefäß wie Lymphkapillaren, Kollektoren, Lymphstämme, ein Speichel- oder Tränengang oder ein weiterer Gang für ein Drüsensekret wie Galle, Milch oder Sperma. In a preferred embodiment, the vessel or the vascular system is a blood vessel such as an artery, vein or capillary, a lymph vessel such as lymph capillaries, collectors, lymphatic trunks, a salivary or lacrimal duct or another transition for a glandular secretions such as bile, milk or sperm.
[0140] [0140]
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hohlorgan eine Speiseröhre, ein Magen-Darm-Trakt, eine Gallenblase, eine Luftröhre, ein Herz, ein Eileiter, ein Samenleiter, ein Harnleiter, eine Harnblase oder eine Harnröhre. In a preferred embodiment, the hollow organ is an esophagus, a gastro-intestinal tract, gallbladder, a trachea, a heart, a fallopian tube, a vas deferens, a ureter, bladder or urethra one.
[0141] [0141]
Die erfindungsgemäße dreidimensionale Struktur eignet sich bevorzugt für die Verwendung als vaskuläres System. The three-dimensional structure of the present invention is preferably suitable for use as a vascular system. Die dreidimensionale Struktur zeichnet sich daher bevorzugt durch ihre Biokompatibilität, ihre möglichst vollständige Aushärtung zur Vermeidung toxischer monomerer Bestandteile, die Anwesenheit möglichst geringer Photoinitiatormengen mit geringer oder völlig fehlender Toxizität, die Realisierung ausreichender elastischer Eigenschaften im ausgehärteten Material, eine ausreichende mechanische und biologische Langzeitstabilität und eine biofunktionale oder biofunktionalisierbare Oberfläche aus. The three-dimensional structure is therefore characterized preferred due to their biocompatibility, their complete as possible cure to avoid toxic monomeric components, the presence of small as possible photoinitiator quantities with little or complete lack of toxicity, the realization of sufficient elastic properties of the cured material, sufficient mechanical and biological long-term stability and biofunctional or biofunctionalizable surface.
[0142] [0142]
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further advantageous embodiments result from the dependent claims.
Kurze Beschreibung der Erfindung Summary of the Invention
-
[0143] [0143]
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. The invention will be described below, without limiting the general inventive concept with reference to exemplary embodiments with reference to the drawings. Es zeigen: In the drawings:
[0144] [0144]
1 1 schematisierte Darstellung der lösungsgemäßen Vorrichtung, schematic representation of the apparatus according to the solution,
[0145] [0145]
2 2 schematisierte Illustration eines Querschnittes durch eine schichtweise aufgebaute Struktur mit Makro- und Mikrostrukturbereichen, schematic illustration of a cross section through a layer built structure with macro- and microstructure areas,
[0146] [0146]
3 3 eine schematisierte Darstellung einer Biofunktionalisierung mittels der Thiol-En-Michael-Addition und anschließender ionischen Anbindung von Wachstumsfaktoren und kovalenter Anbindung von Adhäsionsanker sowie a schematic representation of a biofunctionalization using the thiol-Michael addition followed by ionic binding of growth factors and covalent binding of Adhäsionsanker and
[0147] [0147]
4 4 eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines mittels MPP hergestellten Kapillargefäßes gemäß Beispiel 3 a scanning electron photomicrograph of a capillary prepared by MPP according to Example 3
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit EMBODIMENTS OF THE INVENTION, INDUSTRIAL APPLICABILITY
[0148] [0148]
1 1 zeigt schematisiert eine Vorrichtung zur schichtweisen Herstellung einer 3D-Struktur mit einer Druckkopfanordnung schematically shows a device for layered fabrication of a 3D structure with a printhead assembly 1 1 , die mit drei Reservoirbehältern , The three reservoir tanks 2 2 , . 3 3 , . 4 4 verbunden ist. is connected. Im Reservoirbehälter In reservoir tank 2 2 ist ein Stützmaterial, im Reservoirbehälter is a support material in the reservoir tank 3 3 ein photovernetzbares Material, das gemeinsam mit dem Stützmaterial ortsselektiv mittels der Druckkopfanordnung A photo-material, the site-selectively together with the supporting material by means of the printhead assembly 1 1 auf die Arbeitsebene E ausbringbar ist. be discharged to the working level e. Hierzu sieht die Druckkopfanordnung This provides the print head assembly 1 1 wenigstens zwei Druckdüsen at least two pressure nozzles 5 5 , . 6 6 vor, durch die das Stützmaterial sowie das photovernetzbare Material ortsselektiv auf der Arbeitsebene E ausbringbar sind. before, through which the support material and the photocurable material at the working level E are site-selectively deployable. Ferner ist die Druckkopfanordnung Further, the print head assembly 1 1 mit einem weiteren Reservoirbehälter with a further reservoir tank 4 4 verbunden, in dem weiteres photovernetzbares Material bevorratet ist, dessen optisches Absorptionsvermögen sich von dem optischen Absorptionsvermögen des photovernetzbaren Materials innerhalb des Reservoirbehälters is connected, stored in the photo-cross another material whose optical absorbance from the optical absorbance of the photocurable material within the reservoir tank 3 3 unterscheidet. differs. Das aus dem Reservoirbehälter Dating back to the reservoir tank 4 4 stammende photovernetzbare Material dient zum Austrag aus einer längs einer Linearachse angeordneten Vielzahl von Druckdüsen originating photocurable material is used to discharge from a along a linear axis disposed variety of print nozzles 7 7 , die im gezeigten Ausführungsbeispiel in y-Richtung über die Arbeitsebene E geführt werden. Managed in the embodiment shown in the y-direction on the work plane E. Das durch die Druckdüsen The pressure through the nozzle 7 7 ausgetragene photovernetzbare Material wird als homogene Materialschicht auf der Arbeitsebene E aufgetragen. discharged photocurable material is applied as a homogeneous layer of material at the working level e.
[0149] [0149]
Ferner sieht die Vorrichtung in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Lichtquellen, nämlich eine Leuchtdiodenanordnung LED sowie eine Laserlichtquelle L vor. Furthermore, the device in the embodiment shown provides for two light sources, namely, a light-emitting diode LED array and a laser light source L. Beide Lichtquellen sind mit einer Regeleinheit R verbunden, die eine entsprechende Aktivierung der Lichtquellen LED, L vornimmt. Both light sources are connected to a control unit R which performs a corresponding activation of LED light sources, L. Der Laserstrahl des Lasers L wird über Ablenkspiegel SP sowie einer optischen Fokussiereinheit F ortsselektiv in eine auf der Arbeitsebene E aufgebrachte Materialschicht fokussiert. The laser beam of the laser L is focused on SP deflection and an optical focussing F in a site-selectively applied to the working level E layer of material.
[0150] [0150]
Desweiteren ist eine Messeinrichtung S vorgesehen, das mittels optischer Sensoren die Oberflächenbeschaffenheit die auf die Arbeitsebene A aufgetragene Materialschicht sowie deren Schichtdicke zu erfassen vermag. Furthermore, a measuring device S is provided which is able to grasp the surface condition of the composition applied to the work plane A material layer and the layer thickness by means of optical sensors. Desweiteren ist eine Wärmeeinheit W vorgesehen, die zielgerichtet einen Wärmeeintrag auf die Arbeitsebene E und die darauf aufgebrachten Materialdepositionen vornehmen kann. Furthermore, a heating unit W is provided, which targeted a heat input to the work plane E and can make the material deposition thereon. Sowohl die Wärmequelle W als auch die Messeinrichtung S sind mit der Regeleinheit R verbunden. Both the heat source W and the measurement means S are connected to the control unit R. Die Regeleinheit R, die zudem auch eine Steuerfunktion besitzt, steuert bzw. koordiniert sämtliche Komponenten der Vorrichtung, dh die Druckkopfanordnung The control unit R, which moreover also has a control function controls, and coordinates all components of the device, ie, the print head assembly 1 1 mit den damit verbundenen Reservoirbehältern with the associated reservoir tanks 2 2 , . 3 3 , . 4 4 sowie auch die Strahlenquellenanordnung LED, L mit den damit verbundenen Funktionseinheiten Sp, F. as well as the radiation source array LED L with associated functional units Sp, F.
[0151] [0151]
Zu iterativ schichtweisen Abscheidung entsprechend photovernetzbarer Materialien innerhalb der Arbeitsebene E gilt es einen entsprechenden Arbeitstisch A vorzusehen, der relativ zur Arbeitsebene E vertikal längs zur z-Richtung absenkbar ist. It is appropriate to provide a work table A, which is relatively vertically along lowered to the working plane E to the z-direction iterative layer by layer deposition according photocurable materials within the working level e.
[0152] [0152]
In In 2 2 ist stark schematisiert eine schichtweise aufgebaute Struktur B dargestellt, die sowohl über Makrostrukturbereiche M sowie auch Mikrostrukturbereiche μ aufweist. is highly schematic form a layer built structure B is shown having both macrostructure M areas as well as microstructure areas μ. Die makroskopischen Strukturbereiche M werden mit der 3D Drucktechnik realisiert, bei der ein ortsselektiver Materialauftrag auf der Arbeitsebene mit nachfolgender vollflächiger Ausleuchtung und damit verbundener vollständiger Verfestigung des ortsselektiv ausgebrachten photovernetzbaren Materials erfolgt. The macroscopic structure portions M can be realized with the 3D printing technology in which a site-selective material is applied at the working level, with subsequent full-surface illumination and related complete solidification of the site-selectively discharged linkable material. Es sei vorausgesetzt, dass das ortsselektiv ausgebrachte photovernetzbare Material einen Photoinitiator einer ersten Art vorsieht. It is assumed that the site-selectively expelled photocurable material provides a photoinitiator of a first type. Demgegenüber wird zur Herstellung der Mikro- bzw. Submikrometerstrukturen im Bereich μ das photovernetzbare Material mit einem Photoinitiator einer zweiten Art vollflächig auf der Arbeitsebene ausgebracht und nachfolgend ortsselektiv mit Hilfe eines fokussierten Laserstrahls belichtet. In contrast, the photocurable material is applied over the entire surface with a photoinitiator a second type at the working level and site-selectively subsequently exposed by means of a focused laser beam for the production of micro- or submicron features in the range μ.
[0153] [0153]
Die Abfolge bzw. der Übergang von Makrostrukturen M zu Mikrostrukturen μ erfolgt nahtlos und somit einstückig, zumal die Vorrichtung eine sofortige Umschaltung zwischen den zwei beschriebenen Verfahrensvarianten von einer Prozessschicht zur nächsten ermöglicht. The sequence and the transition of macrostructures M to microstructures μ is seamless and therefore integral, since the device allows instant switching between the two methods described variants of a process layer to the next.
[0154] [0154]
3 3 zeigt beispielhaft eine nachträgliche Biofunktionalisierung des fotovernetzten Materials indem in einem ersten Schritt eine Umsetzung der in dem Schritt b), dh Bestrahlungsschritt zur Fixierung, nicht umgesetzten Acrylatgruppen eines photovernetzten Materials mit Thiol modifiziertem Heparinsulfat über die Thiol-En-Michael-Addition, wobei ein Teil der Thiolgruppen des modifizierten Heparinsulfats nicht umgesetzt wird. shows an example of a subsequent biofunctionalization of photocrosslinked material that in a first step, a reaction in step b), ie irradiation step for fixing unreacted acrylate of a photo-crosslinked material with thiol modified heparin sulfate on the thiol-Michael addition, a portion the thiol groups of the modified heparin sulphate is not implemented. In einem weiteren Schritt werden diese nicht umgesetzten Thiolgruppen teilweise mit einem Acrylat-modifizierten Biopolymer wie Heparin über die Thiol-En-Michael-Addition kovalent gebunden. In a further step, the unreacted thiol groups are partially covalently bonded with an acrylate-modified biopolymer such as heparin on the thiol-Michael addition. Die Schritte 1 und 2 werden so oft wiederholt (ist nicht in dieser Figur gezeigt), bis die Oberfläche der zwei- oder dreidimensionalen photovernetzten Struktur das modifizierte Biopolymer im gewünschten Anteil beziehungsweise Bedeckungsgrad enthält. Steps 1 and 2 are repeated (not shown in this figure) to the surface of the two or three dimensional photo-crosslinked structure containing the modified biopolymer in desired proportion or coverage. Anschließend wird in einem Schritt Subsequently, in a step 3 3 an die durch die Sulfat-Gruppen eingeführten negativen Ladungen ionisch VEGF, ein Wachstumsfaktor, und an die freien Acrylat-Gruppen oder Thiolgruppen über eine Thiol-En-Michael-Addition oder Disulfidbildung RGD-SH, ein Adhäsionsanker, gebunden. to the changes introduced by the sulfate groups negatively charged ionic VEGF, a growth factor, and to free acrylate groups or thiol groups via a thiol-Michael addition or disulfide RGD-SH, a Adhäsionsanker bound.
[0155] [0155]
4 4 zeigt eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines mittels MPP erzeugten Kapillargefäßes gemäß dem nachstehend erläuterten Beispiel 3. shows a scanning electron micrograph of a capillary generated by MPP in accordance with the example explained below, the third
Bezugszeichenliste Reference numeral list
- 1 1
- Druckkopfanordnung Printhead assembly
- 2, 3, 4 2, 3, 4
- Reservoirbehälter Reservoir tank
- 5, 6 5, 6
- Druckdüsen Pressure nozzles
- 7 7
- Linear angeordnete Druckdüsen A linear array of print nozzles
- LED LED
- Lichtemittierende Dioden Light-emitting diodes
- L L
- Laserlichtquelle Laser light source
- R R
- Regeleinheit Control unit
- W W
- Wärmeeinheit Thermal unit
- S S
- Messeinrichtung Measuring device
- E E
- Arbeitsebene Working level
- A A
- Arbeitstisch Worktable
- M M
- Makrostrukturbereich Macrostructure area
- μ μ
- Mikrostrukturbereich Microstructure area
- B B
- Struktur Structure
-
Beispiel 1: Synthese von polymeren Vernetzer-Komponenten mit mindestens zwei photovernetzbaren Gruppen Example 1: Synthesis of polymeric cross-linker components having at least two photocrosslinkable groups,
[0156] [0156]
Die Veresterungen von alpha-Omega-Dihydroxypolyethern wurden nach den Vorschriften der Druckschrift Toy PH and Janda KD, New supports for solid-phase organic synthesis: development of polystyrene resins containing tetrahydrofuran derived cross-linkers. The esterification of alpha-omega-dihydroxypolyethers were in accordance with the provisions of this publication Toy PH and Janda KD, New supports for solid-phase organic synthesis: development of polystyrene resins Containing tetrahydrofuran-derived cross-linkers. Tetrahedron Letters. Tetrahedron Letters. 1999, 40(35), 6329–6332, zu alpha,omega-Dihydroxy-(polyether)-diacrylaten durchgeführt. 1999, 40 (35), 6329-6332, to alpha, omega-dihydroxy (polyether) performed -diacrylaten. Die Vorschriften wurden auf die jeweilig eingesetzten Polyether angepasst. The rules were adapted to the polyether used in each case. Zudem wurden die Vorschriften um einen zusätzlichen Aufreinigungsschritt erweitert, um toxische Katalysatoren und Stabilisatoren aus den Materialien vollständig zu entfernen. Moreover, the rules by an additional purification step has been extended to completely remove toxic catalysts and stabilizers of the materials. Die geklammerte Zahl in den Produktbezeichnungen wie bei „PTHF(1400)-Diacrylat” bezieht sich auf das durchschnittliche Molekulargewicht des eingesetzten Edukts. The bracketed number in the product names like "PTHF (1400) diacrylate" refers to the average molecular weight of the starting material used. Die folgende Vorschrift ist als Standardmethode anzusehen. The following procedure is to be regarded as the standard method. Die Strukturbestimmung der Produkte wurde mit 1 H-NMR durchgeführt. The structural determination of the products was carried out by 1 H-NMR. Weiterhin wurden die Produkte mittels GPC, FTIR und gegebenenfalls mit Angabe des R f charakterisiert. Furthermore, the products by GPC, FTIR, and optionally characterized by specifying the R f were.
1.1 PTHF(1400)-Diacrylat: 1.1 PTHF (1400) diacrylate:
[0157] [0157]
40 g pTHF (Poly(tetrahydrofuran) – durchschnittliche M n ~ 1.400, Aldrich, 28,57 mmol), 5,08 g (4,8 ml, 69,3 mmol) Acrylsäure, 0,49 g (2.5 mmol) p-Toluolsulfonsäure-monohydrat und 0,098 g (0,1 mmol) Hydrochinon wurden in 600 ml Dichlorbenzol gelöst und in einer Dean-Stark Apparatur 48 Stunden unter Rückfluss erhitzt, bis keine weitere Wasserabscheidung zu beobachten war. 40 g of PTHF (poly (tetrahydrofuran) - average M n ~ 1,400, Aldrich, 28.57 mmol), 5.08 g (4.8 ml, 69.3 mmol) acrylic acid, 0.49 g (2.5 mmol) of p- toluenesulfonic acid monohydrate and 0.098 g (0.1 mmol) of hydroquinone were dissolved in 600 ml dichlorobenzene and heated in a Dean-Stark apparatus for 48 hours under reflux until no more separation of water was observed. Das Reaktionsgemisch wurde anschließend mit 30 g K 2 CO 3 bei 40°C drei Stunden gerührt und danach filtriert. The reaction mixture was then stirred for three hours with 30 g of K 2 CO 3 at 40 ° C and then filtered. Das Filtrat wurde solange mit 10 mM wässriger NaOH-Lösung extrahiert, bis die Wasserphase farblos war. The filtrate was extracted with 10 mM long as aqueous NaOH solution until the aqueous phase was colorless. Danach wurde bis zur pH-Neutralisierung mit destilliertem Wasser extrahiert. The mixture was then extracted until the pH neutralization with distilled water. Es wurde ein leicht gelblicher, viskoser Rückstand erhalten, der im Hochvakuum getrocknet wurde. There is a slightly yellowish, viscous residue was obtained which was dried under high vacuum.
1 H-NMR(CDCl 3 ): δ (ppm) = 1,6 (CH 2 , 78H, brs); 1 H-NMR (CDCl 3): δ (ppm) = 1.6 (CH 2, 78H, brs); 3,4 (-O-CH 2 , 78H, brs); 3.4 (-O-CH 2, 78H, brs); 4,2 (CH 2 -Ac, 4H, t); 4.2 (CH 2 -Ac, 4H, t); 5,8 (=CH 2 , 2H, d); 5.8 (= CH 2, 2H, d); 6,18 (-CH, 2H, dd); 6.18 (-CH, 2H, dd); 6,4 (=CH 2 , 2H, d) 6.4 (= CH 2, 2H, d)
FTIR: 813, 1100, 1195, 1369, 1727, 2855, 2929; FTIR: 813, 1100, 1195, 1369, 1727, 2855, 2929;
GPC (THF, Polystyrol (PS)-Standard): M n = 1867 g/mol; GPC (THF, polystyrene (PS) standards): M n = 1867 g / mol; P = 2,4; P = 2.4; R f (Ethylacetat) = 0,62. R f (ethyl acetate) = 0.62.
1.2 PTHF(2000)-Diacrylat 1.2 PTHF (2000) diacrylate
[0158] [0158]
PTHF(2000)-Diacrylat wurde hergestellt nach Methode gemäß 1.1. PTHF (2000) diacrylate was prepared by method according to 1.1.
1 H-NMR(CDCl 3 ): δ (ppm) = 1,6 (CH 2 , 138H, brs); 1 H-NMR (CDCl 3): δ (ppm) = 1.6 (CH 2, 138H, brs); 3,4(-O-CH 2 , 138H, brs); 3.4 (-O-CH 2, 138H, brs); 4,2(CH 2 -Ac, 4H, t); 4.2 (CH 2 -Ac, 4H, t); 5,8 (=CH 2 , 2H, d); 5.8 (= CH 2, 2H, d); 6,18 (-CH, 4H, dd); 6.18 (-CH, 4H, dd); 6,4 (=CH 2 , 2H, d) 6.4 (= CH 2, 2H, d)
FTIR: 813, 1100, 1195, 1369, 1727, 2855, 2929; FTIR: 813, 1100, 1195, 1369, 1727, 2855, 2929;
GPC (THF, PS-Standard): M n = 2959 g/mol; GPC (THF, PS-Standard): M n = 2959 g / mol; P = 2,48. P = 2.48.
1.3 PTHF(2900)-Diacrylat 1.3 PTHF (2900) diacrylate
[0159] [0159]
PTHF(2900)-Diacrylat wurde hergestellt nach Methode gemäß 1.1. PTHF (2900) diacrylate was prepared by method according to 1.1.
1 H-NMR(CDCl 3 ): δ (ppm) = 1,6 (CH 2 , 166H, brs); 1 H-NMR (CDCl 3): δ (ppm) = 1.6 (CH 2, 166H, brs); 3,4(-O-CH 2 , 162H, brs); 3.4 (-O-CH 2, 162H, brs); 4,2(CH 2 -Ac, 4H, t); 4.2 (CH 2 -Ac, 4H, t); 5,8 (=CH 2 , 2H, d); 5.8 (= CH 2, 2H, d); 6,18 (-CH, 4H, dd); 6.18 (-CH, 4H, dd); 6,4 (=CH 2 , 2H, d) 6.4 (= CH 2, 2H, d)
FTIR: 813, 1100, 1195, 1369, 1727, 2855, 2929; FTIR: 813, 1100, 1195, 1369, 1727, 2855, 2929;
GPC (THF, PS-Standard): M n = 5200 g/mol; GPC (THF, PS-Standard): M n = 5200 g / mol; P = 2.33. P = 2.33.
1.4 PPG(2000)-Diacrylat: 1.4 PPG (2000) diacrylate:
[0160] [0160]
PPG(2000)-Diacrylat wurde hergestellt nach Methode gemäß 1.1. PPG (2000) diacrylate was prepared by method according to 1.1. Lediglich Benzol wurde anstatt von Dichlorbenzol als Lösungsmittel verwendet. Only benzene was used instead of dichlorobenzene as a solvent.
1 H-NMR(CDCl 3 ): 1,08 (brs, QH 3 , 68.84H); 1 H-NMR (CDCl 3): 1.08 (brs, QH 3, 68.84H); 3,4 (brs, CH, 22.18H); 3.4 (brs, CH, 22.18H); 3,6 (brs, CH 2 , 45.48) 5,1 (q, CH, 1H); 3.6 (brs, CH 2, 45.48) 5.1 (q, CH, 1H); 5,8 + 6,12 + 6,4(d,dd,d, 3·CH, 3·1H) 5.8 + 6.12 + 6.4 (d, dd, d, 3 · CH 3 · 1H)
GPC (THF, PS-Standard): M n = 66345 g/mol; GPC (THF, PS-Standard): M n = 66345 g / mol; P = 1.15. P = 1.15.
1.5 PPG(2300)-Diurethan(meth)acrylat: 1.5 PPG (2300) -Diurethan (meth) acrylate:
[0161] [0161]
Toluol-2,4-diisocyanat terminierten Poly(propylenglycol) (Mn – 2,300 g/mol) wurde in HEMA (10-facher Überschuss bezogen auf die Moläquivalente) bei maximal 40°C gerührt, bis im IR die für Diisocyanat charakteristische Banden bei 2170 cm –1 nicht mehr sichtbar waren. Toluene-2,4-diisocyanate terminated poly (propylene glycol) (Mn - 2,300 g / mol) (obtained 10-fold excess of the molar equivalents) in HEMA was stirred at 40 ° C until the IR characteristic of diisocyanate bands at 2170 cm -1 were no longer visible. Überschüssiges HEMA wurde im Vakuum bei 60°C destillativ entfernt. Excess HEMA was removed by distillation under reduced pressure at 60 ° C. Das HEMA kann auch nicht enffernt und zusammen mit PPG(2300)-Diurethan(meth)acrylat in einem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. The HEMA can not enffernt and together with PPG (2300) -Diurethan (meth) acrylate be used in a method according to the invention.
1 H-NMR(CDCl 3 ): 1,19 (s, CH 3 , 22.14); 1 H-NMR (CDCl 3): 1.19 (s, CH 3, 22:14); 1,98 (s, CH 3 , 2.94); 1.98 (s, CH 3, 2.94); 2,2 (s, Ar-CH 3 , 1.27); 2.2 (s, Ar-CH 3, 1.27); 3,2-3,6 (brs, O-CH 2 , 23.36); 3.2-3.6 (brs, O-CH 2, 23:36); 4,35 + 4,42 (dd, CH 2 , HEMA); 4.35 + 4.42 (dd, CH2, HEMA); 5,05 (brs, NH, 0.46); 5.05 (brs, NH, 00:46); 5,60 (s, CH, 1,00); 5.60 (s, CH, 1.00); 6.18(s, CH, 1,00). 6.18 (s, CH, 1.00).
1.6 PTHF(1600)-Diurethan(meth)acrylat: 1.6 PTHF (1600) -Diurethan (meth) acrylate:
[0162] [0162]
PTHF(1600)-Diurethan(meth)acrylat wurde nach Methode gemäß 1.5 hergestellt. PTHF (1600) -Diurethan (meth) acrylate was prepared by method in accordance with 1.5. Es wurde abweichend dazu Toluol-2,4-diisocyanat terminierten Poly(1,4-butanediol) (M n ~ 1.600 g/mol) als Ausgangsmaterial eingesetzt. It was deviating to toluene-2,4-diisocyanate terminated poly (1,4-butanediol) (M n ~ 1600 g / mol) as a starting material. 1 H-NMR(CDCl 3 ): 1,6 (s, CH 2 19.56); 1 H-NMR (CDCl3): 1.6 (s, CH 2 19:56); 1,98 (s, CH 3 , 2.95); 1.98 (s, CH 3, 2.95); 2,2 (s, Ar-CH 3 , 1.27); 2.2 (s, Ar-CH 3, 1.27); 3,42 (s, O-CH 2 , 19.49); 3.42 (s, O-CH 2, 19:49); 4,35 + 4,42(dd, CH 2 , HEMA); 4.35 + 4.42 (dd, CH2, HEMA); 5,60 (s, CH, 1.00); 5.60 (s, CH, 1.00); 6,18 (s, CH, 1.00). 6.18 (s, CH, 1.00). - 1.7 Alle weiteren in den Tabellen 1a bis 1c verwendeten und mit „*” gekennzeichneten Komponenten sind käuflich erworben worden. 1.7 All other used in the Tables 1a to 1c and marked with "*" components have been purchased.
Beispiel 2: Eigenschaften der erfindungsgemäß eingesetzten Materialen Example 2: Properties of the materials used in the invention
[0163] [0163]
Die polymeren Vernetzer-Komponenten mit mindestens zwei photovernetzbaren Gruppen wurden bei 40°C mit 0,5% Irgacure 184 als Photoinitiator und gegebenenfalls mit Nebenkomponenten gemäß Tabellen 1a bis 1c gemischt und die Viskosität bestimmt. The polymeric cross-linker components having at least two photocrosslinkable groups were mixed as a photoinitiator, and optionally with minor components according to Tables 1A to 1C at 40 ° C with 0.5% Irgacure 184, and determines the viscosity. Diese photovernetzbaren Materialien wurden mit UV-Licht flächig bestrahlt und fixiert. These photocrosslinkable materials were irradiated surface and fixed with UV light. Nach einem Waschprotokoll wurden WST-Tests (Test zur Quantifizierung der Stoffwechselaktivität von Zellen) und Konfluenztests zur Überprüfung der Biokompatibilität der photovernetzten Materialien durchgeführt. After a washing protocol WST-tests (test to quantify the metabolic activity of cells) and Konfluenztests were performed to verify the biocompatibility of the photocrosslinked materials. In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „flächig”, insbesondere einem flächigen Aufbringen eines photovernetzbaren Materials oder einem flächigen Fixieren eines aufgebrachten photovernetzbaren Materials verstanden, dass das Aufbringen des Materials oder die fixierende Strahlung gleichmäßig über die gesamte zu beschichtende oder fixierende Materialschicht erfolgt. In connection with the present invention, the term "surface", in particular an areal application of a photo-crosslinkable material or a sheet-like fixing an applied photocrosslinkable material understood that the application of the material or the fixing radiation is effected uniformly over the entire area to be coated or fixing material layer , Demgemäß kann ein flächiger Auftrag eines Materials oder ein flächiges Einwirken der Strahlung zur Ausbildung von dreidimensional ausgebildeten beziehungsweise fixierten Schichten führen. Accordingly, a surface application of a material or a sheet-like action of radiation in the formation of three-dimensionally shaped or pinned layers lead. Insbesondere aufgrund des flächigen Materialauftrags beziehungsweise flächigen Einwirkens der Strahlung wird das photovernetzbare Material gleichmäßig aufgebracht beziehungsweise fixiert. In particular, due to the sheet material contract or flat Einwirkens of the radiation-crosslinkable material is uniformly applied or fixed.
[0164] [0164]
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „ortsselektiv”, insbesondere einem ortsselektiven Aufbringen eines photovernetzbaren Materials, oder einem ortsselektiven Fixieren eines aufgebrachten photovernetzbaren Materials verstanden, dass das Aufbringen des Material oder die fixierende Strahlung nicht gleichmäßig über die gesamte zu beschichtende oder fixierende Materialschicht erfolgt. In connection with the present invention, the term "site-selective", especially a spatially selective application of a photocrosslinkable material, or a site-selectively fixing an applied photocrosslinkable material understood that the application of the material or the fixing radiation is not uniform over the entire area to be coated or fixing material layer.
[0165] [0165]
Außerdem wurde der jeweilige E-Modul und die Reißfestigkeit bestimmt. Furthermore the respective E-modulus and the tensile strength was determined.
[0166] [0166]
Die Biokompatibilität wird bevorzugt durch geeignete Waschprotokolle der ausgehärteten Polymere erreicht. The biocompatibility is preferably achieved by suitable washing protocols of the cured polymers. Es wurden WST-1 Proliferations-Tests durchgeführt, die allen untersuchten Materialien der Anwendungsbeispiele aus den Tabellen 1a bis 1c die Biokompatibilität bescheinigen. There were WST-1 proliferation assays performed certifying all materials investigated the application examples in Tables 1a to 1c biocompatibility. Weiterhin wurde die Interaktion primärer, humaner Endothelzellen – der Zelltyp der das Blutgefäßsystem in vivo auskleidet – mit den zwei- oder dreidimensionalen Strukturen, so wie die Zellmorphologie und Zellfunktionalität untersucht. The cell type of lining the vasculature in vivo - - Furthermore, the interaction primary human endothelial cells with two- or three-dimensional structures, such as cell morphology and cell functionality examined. Zellkonfluenzen von mindestens 10% bescheinigen zelladhäsive Eigenschaften von nicht-biofunktionalisierten Polymeren. Zellkonfluenzen of at least 10% certified cell adhesive properties of non-bio-functionalized polymers. Die Zellfunktionalität vitaler Endothelzellen auf den Materialien wurde durch einen acLDL (acetyliertes Low Density Lipoprotein)-Aufnahme Test und über immunhistochemische Färbungen der spezifischen Marker CD31, vWF und VE-Cadherin belegt. The cell functionality vital endothelial cells on the materials was a acLDL (acetylated low density lipoprotein) uptake test and are verified via immunohistochemical staining of specific markers CD31, vWF and VE-cadherin.
Beispiel 3 – Herstellen einer dreidimensionalen Struktur mittels MPP Example 3 - Making a three-dimensional structure by MPP
[0167] [0167]
Das photovernetzbare Material gemäß Nummer 1 aus Tabelle 1a wurde bei Raumtemperatur mit 2% N 4 ,N4'-Bis(4-methoxyphenyl)-N4,N4'-diphenyl-4,4'-diaminobiphenyl gemischt und eine gesättigte Lösung hergestellt. The photocurable material referred to in point 1 of Table 1a was treated at room temperature with 2% N 4, N4'-bis (4-methoxyphenyl) -n4, N4'-diphenyl-4,4'-diamino mixed and produced a saturated solution. 20 μl des photovernetzbaren Materials wurde als zweite Verfahrensfolge bezeichneten bevorzugten Ausführungsform flächig auf einen Glasobjektträger gegeben, sodass eine Schichtdicke von 170 μm entstand. 20 .mu.l of the photocrosslinkable material was designated as a second process sequence preferred embodiment given surface on a glass slide, so that a layer thickness of 170 microns was formed. Dieses photovernetzbare Material wurde mittels ortsselektiver Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 532 nm über Zweiphotonenprozesse ausgehärtet. This photocrosslinkable material was cured by means of site-selective laser radiation having a wavelength of 532 nm through two-photon processes. Zugrunde gelegt wurde dem Verfahren ein CAD Model der herzustellenden dreidimensionalen Struktur, das vertikal in 75 Ebenenschnitte unterteilt war. The procedure was based CAD model of the produced three-dimensional structure, which was divided vertically into 75 plane cuts. Jeder dieser 75 Schnitte wurde dabei mit Bahnkurven gefüllt. Each of these sections was 75 thereby filled with trajectories. Der Laserstrahl wurde entsprechend auf diesen vorgegebenen Bahnkurven geführt, so dass durch diese Fixierung die dreidimensionale Struktur, nämlich ein verzweigtes Kapillargefäss mit einem inneren Durchmesser von 20 μm und einer Höhe von 150 μm, erhalten wurde. The laser beam was conducted in accordance with this predetermined path curves, so that is the three-dimensional structure, namely a branched capillary having an inner diameter of 20 microns and a height of 150 microns obtained by this fixation.
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Nach Beendigung des Aushärtungsprozesses wurde nicht vemrntztes Material durch Eintauchen in Ethanol über einen Zeitraum von 5 min entfernt. After completion of the curing process was not removed by immersion in ethanol for a period of 5 min vemrntztes material. Die so entstandene dreidimensionale Struktur wurde im Anschluss mit einer dünnen Goldschicht beschichtet, um mittels eines Rasterelektronenmikroskops ihre Beschaffenheit zu überprüfen (siehe The resulting three-dimensional structure was coated in connection with a thin gold layer by means of a scanning electron microscope to check their texture (see 4 4 ). ).
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Die Molmasse der unterschiedlichen PTHF-Diacrylate(DA) hat Einfluß auf den E-Modul, wodurch weiche bis sehr weiche Polymere entstehen (Beispiele 1 bis 4). The molecular weight of the different PTHF diacrylate (DA) has an effect on the modulus of elasticity, making soft to very soft polymers are formed (Examples 1 to 4).
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Die Tabelle 1 listet die Eigenschaften der Kompositionen auf. Table 1 lists the properties of the compositions. Die ausgewählten Beispiele erfüllen alle die erfindungsgemäßen Eigenschaften. The selected examples satisfy all the properties of the present invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Patentliteratur Patent literature cited
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- DE 10024618 A1 [0003] DE 10024618 A1 [0003]
- US 6658314 B1 [0006] US 6658314 B1 [0006]
- DE 10152878 B4 [0008] DE 10152878 B4 [0008]
