Zwei-Photonen-Polymerisation zur Herstellung von polymeren dreidimensionalen Zelltragerstrukturen

摘要

Die Zwei-Photonen Polymerisation (2PP) ist ein Verfahren zur Erzeugung von dreidimensionalen polymeren Mikrostrukturen mit Hilfe fokussierter NIR Ultra-Kurzpulsaserstrahlung. In der 2PP findet eine Absorption der Strahlung ausschliesslich innerhalb des Fokusvolumens nicht aber entlang des Strahlengangs durch die polymerisierbare Losung statt. Diese charakteristische Begrenztheit der Zwei-Photonen-Absorption auf das Fokusvolumen der Strahlung erlaubt die strahlungsinduzierte Polymerisation in der Tiefe einer flussigen Monomerlosung ohne dabei out-of-focus Bereiche zu verfestigen. Die extrem hohen Photonendichten, die der Prozess erfordert, werden heute durch den Einsatz von gepulsten Femtosekundenlasern (Titan-Saphir-Laser) verfugbar. Mit der 2PP sind Strukturierungen mit einer Auflosung von < 1μm in axialer Richtung und <500 nm in lateraler Richtung erreichbar. Die freie radikalische Photopolymerisation bzw. das Photocrosslinking der (meth)acrylathaltigen Monomere, Makromere bzw. von modifizierten Biopolymeren wird ausgelost durch radikalbildende Photoinitiatoren (z.B. Irgacure 369) oder durch die Verwendung von Photosensitizern in Verbindung mit Triethanolamin als Coinitiator. Wahrend der Strukturierung wird der Fokus innerhalb des Photopolymers in x-, y- und z-Richtung computergesteuert auf der Grundlage von dreidimensionalen Computer-Modellen bewegt. Die 2PP kann potentiell Anwendung finden in der Mikrooptik zur Erzeugung von Wellenleiterstrukturen oder Mikrolinsen, in der Mikroaktorik (Mikrogreifer, Mikronadeln), in der Mikrofluidik zur Erzeugung von Mikropumpen und - ventilen und im Tissue Engineering zur Herstellung von Zelltragerstrukturen (Scaffolds). Durch die dreidimensionale Zellkultivierung auf mikrostrukturierten Scaffolds wird versucht, entscheidende Elemente der naturlichen Mikroumgebung der Zellen in Geweben, d.h. Kontakte zur extrazellularen Matrix (ECM) sowie Zell-Zell-Kontakte, in synthetischen dreidimensionalen Zelltragern nachzuahmen und somit kunstliche Gewebe zu erzeugen. Erste Zellkulturversuche mit bovinen Chondrozyten demonstrierten eine gute Biovertraglichkeit der 2PP erzeugten Scaffolds.