Page 11 - ITM Jahresbericht 2020

Aktuelle Forschung – Professur für Textiltechnik

a b

Abb. 2: (a) 3D-gedruckter Kollektor mit integrierten isolierenden Bereichen zur Realisierung orientierter Fasern mit
Haken und Führungsschienen zur gezielten Ablage vorkristallisierter Filamente (Schachbrettmuster beispielhaft einge-
zeichnet); (b) Lichtmikroskopische Aufnahme der resultierenden orientierten Faserbereiche (radial und umfanggerich-
tet) / (a) 3D-printed collector with integrated isolating air gaps to realize oriented fibers, including hooks and guiding rails for
the integration of precrystallized filaments in defined patterns (exemplary chessboard pattern); (b) Light microscopy image of
resulting oriented fibers (radial and circumferential)

melfell auf Basis der Biopolymere Polycaprolacton schen Feld. Durch die Beschleunigung in Richtung
(PCL) und Seide (Seidenfibroin, SF). Das menschliche eines geerdeten Kollektors und dabei auftretende,
Trommelfell besitzt eine charakteristische 3D-Trich- sich überlagernde Biegungsinstabilitäten erfolgt
terform und ist aus mehreren Lagen Kollagen- und eine Verstreckung bis hin zu Nanofasern. Diese
Elastinfasern mit jeweils unterschiedlicher Faserori- Instabilitäten bedingen weiterhin eine willkürliche
entierung aufgebaut (Abb. 1). Die Form und Faserori- Ausrichtung und Ablage der Fasern. Ein Ziel des For-
entierung bestimmen maßgeblich die Schwingungs- schungsprojekts war die biomimetische Wiedergabe
eigenschaften des Trommelfells und ermöglichen der Faserstruktur des Trommelfells durch eine defi-
somit die definierte Schallweiterleitung an die nierte Faserablage im Spinnprozess. Dafür wurden
Gehörknöchelchenkette. Zusätzlich erfüllt das Trom- das elektrische Feld mittels zusätzlicher Elektroden
melfell noch weitere Funktionen, z. B. den Ausgleich und Isolatoren sowie Relativbewegungen zwischen
von Luftdruckunterschieden, wofür eine gewisse Elektroden und Kollektor gezielt beeinflusst [2-4].
mechanische Stabilität notwendig ist. In diesem For-
schungsvorhaben soll der Aufbau des natürlichen Mit Hilfe des 3D-Drucks wurden dazu technisch effi-
Trommelfells mit Hilfe der Elektrospinntechnologie zient, komplexe Kollektoren mit integrierten, nach
in einer Ersatzmembran biomimetisch nachempfun- definierten Mustern angeordneten Luftspalten (Iso-
den werden. Durch modulare konstruktiv-technolo- latoren) auf Basis von mit Graphit beschichtetem
gische Weiterentwicklungen sollen dazu die biomi- Acryl realisiert (Modul 1). Diese Kollektoren und ins-
metische Faserorientierung und dreidimensionale besondere die Geometrie und Anordnung der Spal-
Form sowie die Integration von Verstärkungsfila- te erlauben nun die definierte Erspinnung und Ori-
menten in definierten Mustern ermöglicht werden, entierung von Fasern (Abb. 2). Je nach Anordnung
um die notwendigen akusto-mechanischen Eigen- der Spalte sind die Fasern in Umfangsrichtung der
schaften für ein funktionelles Trommelfellimplantat biomimetischen Ersatzmembran oder radial dazu
realisieren zu können. erspinn- bzw. orientierbar. Mit Hilfe von im Projekt
entwickelten, zusätzlichen, nadelförmigen Elekt-
Konstruktiv-technologische roden unterhalb des Kollektors ist darüber hinaus
Weiterentwicklung der während des Spinnprozesses die lokal auf dem Kol-
Elektrospinntechnologie zur Realisierung lektor abgelegte Fasermenge gezielt beeinflussbar.
Dadurch ist neben der 2D-Geometrie erstmals auch
des biomimetischen Aufbaus der das spezifische 3D-Dickenprofil eines menschlichen
Ersatzmembran Trommelfells in einer Ersatzmembran direkt nach-
bildbar. Ein weiterer Projektschwerpunkt war die
Das Elektrospinnen ist eine flexible Technologie zur Entwicklung von Möglichkeiten zur gezielten Ein-
Generierung von mikro- bis nanoskaligen Fasern. stellung der mechanischen Eigenschaften der Ersatz-
Die Fasern entstehen aus einer unter Spannung membran über die definierte, mustergemäße Anord-
gesetzten Lösung oder Schmelze in einem elektri- nung vorkristallisierter Filamente (Modul 2).

9