4D-Technologie birgt neue Möglichkeiten für die Medizin

4D-Technologie lässt clevere Materialien durch Wärme ihre Form verändern 

Foto: Ding et al

Dank 4D-Technologie verwandelt bestimmtes Material bei Wärmezufuhr seine Form. Das könnte vor allem Ärzten helfen. Und damit natürlich Patienten.

Die Idee ist genial. Stell dir vor, Ärzte müssen bei einer Operation nur einen kleinen Schnitt setzen, ein winziges Plastikteilchen einführen und den Rest erledigt die Körperwärme. Tatsächlich ist so etwas dank 4D-Drucktechnologie keine ferne Zukunftsmusik mehr. Forscher meinen, bald könnte es medizinische Geräte geben, die sich im Körper von allein ausdehnen. Alles, was es dazu braucht, ist ein wenig Wärme.

Um diese Methode des 4D-Druckens zu demonstrieren, erschufen Ingenieure per 3D-Drucker ein Plastikgitter. In heißes Wasser gelegt, vergrößert es sich wie von Zauberhand. Das gleiche Prinzip gilt für ein Testobjekt, das wie eine Blume geformt ist. In warmem Wasser schließen sich die künstlichen Blütenblätter.

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Magie? Wohl kaum. „Bisher mussten wir das Material trainieren und programmieren, nachdem es aus dem 3D-Drucker kam“,  sagt Jerry Qi dem Magazin Live Science. Qi ist Professor an der George W. Woodruff School of Mechanical Engineering am berühmten Georgia Institute of Technology in Atlanta.

Zudem hat er als Co-Autor an der Studie „Direct 4D printing via active composite materials“ mitgearbeitet, welche im Journal Science Advances veröffentlicht wurde.

„Wir mussten das Material aufheizen, strecken und dann wieder abkühlen lassen, damit es die neue Form erlernt. Das war relativ langwierig“, sagt er. Mit der neuen 4D-Drucktechnologie, werde dieses Unterfangen deutlich einfacher, so Qi.

© Youtube // Georgia Tech

Das Geheimnis: zwei harmonisierende Materialien

Um den Gestaltwandlungseffekt zu erreichen, kombinierten die Wissenschaftler sorgfältig zwei unterschiedliche Materialien.

Material Nr. 1 ist weich und trägt die Energie, welche die Formveränderung erzeugt. Im kalten Zustand hält Material Nr. 2, welches glasähnlich und steif ist, diese Energie im Zaum. 

Der Gestaltenwandlereffekt basier auf zwei verschiedenen Materialien

Kommt Hitze ins Spiel, weicht das harte Material auf und Nr. 1 übernimmt die Kontrolle. Das weiche Element ist so konzipiert, sich an die zweite Form „zu erinnern“. Diese nimmt es bei Wärmeeinfluss an. 

In der Studie änderte der Werkstoff bei 50 Grad Celsius seine Gestalt. Laut Qi könnten die Ingenieure die Eigenschaften des festeren Materials so umprogrammieren, dass sie die Temperatur, bei der die Veränderung erfolgt, selbst bestimmen.

Einsatz in der Biomedizin

Das Prinzip könnte vor allem in der Biomedizin angewendet werden. Professor Qi denkt an Geräte wie Stents. Das sind kleine Röhrchen, die verengte Arterien erweitern, um Schlaganfälle zu verhindern.

Aktuell müssen Chirurgen diese mithilfe eines Ballons am Ende eines Katheters aufblasen. Die Variante aus dem 4D-Drucker hingegen würde sich ganz automatisch durch die Körperwärme im Blutgefäß ausdehnen.

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04 2017 The Red Bulletin Innovator

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