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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Additiv gefertigte Kompositgeometrien aus magnetischen Nanopartikeln und Photopolymeren

Freitag (20.09.2019)
14:30 - 15:00 Uhr Petersburg
Bestandteil von:


Magnetische Nanopartikel (MNP) weisen besondere Eigenschaften auf, die in einer Vielzahl biomedizinischer Anwendungen nutzbar gemacht werden. Ein Beispiel mit hohem klinischem Potential ist das Magnetic Particle Imaging (MPI). MPI nutzt das charakteristische Magnetisierungsverhalten der MNP, um diese quantitativ mit hoher Empfindlichkeit und guter räumlicher Auflösung in Echtzeit darzustellen. Um für diese noch junge Bildgebungsmodalität definierte und validierte experimentelle Bedingungen zu schaffen, sind langzeitstabile Referenzmessobjekte mit feiner Strukturierung sowie definierten magnetischen Eigenschaften notwendig. Ein schnelles und kostengünstiges Verfahren, um derartige Phantome herzustellen, ist die additive Fertigung, bei der das Bauteil aus flüssigem und lichtaushärtendem Polymer schichtweise erstellt wird. Mit diesem Verfahren können Bauteile aus einem breiten Materialspektrum mit einer hohen Detailtreue und Präzision hergestellt werden. Darüber hinaus können die Photopolymere mit Partikeln (z.B. MNP) versehen werden, wodurch die Bauteile neue Eigenschaften erhalten können.

Wir haben die Eignung der additiven Fertigung von magnetischen Kompositen zur Herstellung von Referenzmessobjekten für das MPI untersucht. Vor der Fertigung wurde zunächst ein Verfahren zur kontrollierten Einbettung und homogenen Verteilung von MNP in Photopolymeren entwickelt, um die magnetischen Eigenschaften der Polymere gezielt und reproduzierbar einzustellen. Zusätzlich wurden Belichtungsstrategien erprobt, mit dem Ziel eine optimale Aushärtung zu gewährleisten. Um die Qualität der gefertigten Geometrien im Hinblick auf spezifischen Anforderungen systematisch bewerten zu können, wurde ein geeignetes Protokoll entwickelt. Eine Bestimmung der magnetischen Eigenschaften der Komposite erfolgte über die Messung des statischen und dynamischen Magnetisierungsverhaltens. Zur Bewertung der Strukturierbarkeit von Kompositen, wurde ein Geometrie-Demonstrator entwickelt, der auch die Orientierung der Bauteile zur Baurichtung berücksichtigt. Zusätzlich wurde ein Homogenitäts-Demonstrator entwickelt, mit dem die Entmischung von Polymer und MNP während der Fertigung quantifiziert wurde.

Mit Hilfe der entwickelten Prozedur konnten geeignete Referenzmessobjekte hergestellt und mit MPI erfolgreich abgebildet werden. Die Ergebnisse ermöglichen weitergehende Untersuchungen, etwa zur Fertigung von abbildungstreuen medizinischen Modellen (Organe, Gefäße) mit definerten Anteilen an MNP.

Sprecher/Referent:
Dr.-Ing. Norbert Löwa
Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Weitere Autoren/Referenten:
  • Benjamin Godau
    Physikalisch-Technische Bundesanstalt
  • Dirk Gutkelch
    Physikalisch-Technische Bundesanstalt
  • Dr. Frank Wiekhorst
    Physikalisch-Technische Bundesanstalt