Projektbeschreibung
Programmierbare Partikeleinheiten in 3D-gedruckter Mikrorobotik für biomedizinische Anwendungen
Additive Fertigung, auch 3D-Druck genannt, wurde ursprünglich in den 1980er Jahren für eine schnelle Prototyperstellung großer Teile entwickelt. Seitdem hat sich die Technik enorm weiterentwickelt und mittlerweile wird sie zunehmend in der Produktion reagierender und multifunktioneller Polymerteile für Anwendungen in Bereichen von der Biomedizin bis hin zur Mikrorobotik eingesetzt. Um eine schrittweise Veränderung der Möglichkeiten zu erreichen, werden neuartige Materialien und Verfahren benötigt. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts 3DPartForm werden Mikropartikelformulierungen entwickelt, die integrierte Funktionalität auf Einheitsebene ermöglichen. Ähnlich wie ein Voxel oder Volumenpixel eine Volumeneinheit eines 3D-Grafikobjekts definieren, beabsichtigen die Wissenschaftler, Material-„Voxel“ mit adaptiven, in Zeit und Raum programmierbaren Eigenschaften zu kreieren, die sich zu neuartigen hierarchischen Reaktionsstrukturen zusammenfügen lassen. Daraus ergibt sich eine gekoppelte Sensor- und Aktuator-Mikrorobotik für biomedizinische Anwendungen.
Ziel
New polymer materials are necessary to match the demand for highly integrated, multifunctional, responsive systems for sensing, information processing, soft robotics or multi-parametric implants. Both established
material design concepts based on lithography, and emerging engineering efforts based on additive manufacturing (AM) are currently not able to fully address the need for topologically complex, multifunctional
and stimuli-responsive polymer materials. This proposal aims at establishing a radically new approach for polymer material design, rethinking AM on both material and process level. Here, functionality will be already
embedded at the building block level to emerge into larger scales. The exact methodology relies on polymer microparticles as a novel material basis with arbitrary geometry, function, mechanics and responsiveness.
These microparticulate formulations will serve as predefined, voxel-like building blocks in AM yielding hierarchical assemblies with spatially defined voxel position and programmable, adaptive properties, which clearly go beyond existing functional material classes. With that, 3DPartForm will address the current lack of additive manufacturing providing multifunctional, stimuli-responsive materials, in which not only strongly different, but most importantly functional building blocks with intrinsic time axis will be processed into true 4D-polymer multimaterials. Products emerging from this approach will reach a previously unknown level of system integration, where optical transparency, electric and thermal conductivity as well as diffusivity and mechanical rigidity will become spatiotemporally tunable at single-voxel level. Coupled sensing and actuation operations will be realized by processing, transforming and manipulating single or combined input stimuli within these materials in the focus of 3DPartform, and platforms for biomimetics and cell-free biotechnology will be implemented as a long-term goal.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural scienceschemical sciencespolymer sciences
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringroboticssoft robotics
- engineering and technologymechanical engineeringmanufacturing engineeringadditive manufacturing
- medical and health sciencesmedical biotechnologyimplants
- natural sciencescomputer and information sciencesdata sciencedata processing
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
39106 Magdeburg
Deutschland