Wissenschaft + Forschung

Meldung

Aus der Forschung

Massenspektrometrie: N2 ist das neue Ar | Eine große Herausforderung in der MC-ICP-MS mit Ar-Plasmen sind isobare Interferenzen; oftmals sind dies eine Ar-Spezies mit gleicher nomineller Masse wie der Analyt, sodass sich beides nicht auflösen lässt. Diese Interferenzen lassen sich umgehen, indem...

Sterne aus Mikrokeramik stechen winzige Löcher in die Haut. Das ist gut, denn dadurch ziehen Medikamente an Ort und Stelle ein, die beim Schlucken den ganzen Körper beeinflussen würden. Um Zehntausende dieser Sterne herzustellen, funktionierten Forschende eine Methode um, mit der sonst Geschirr produziert wird.<p>Akne, Schuppenflechte oder Ekzeme machen vielen Betroffenen körperlich und psychisch zu schaffen. Small interfering RNA (siRNA) könnte Abhilfe schaffen, indem sie die Gene ausschaltet, die an der Krankheit schuld sind. Allerdings verhindert die Diffusionsbarriere der obersten Hautschicht, der Epidermis, dass genug siRNA in das betroffene Gewebe wandert. Eine vermeintlich triviale Lösung: die Epidermis durchlöchern. Werden sternförmige Mikrokeramikpartikel über die Haut gerieben, punktieren sie diese, wodurch die siRNA leichter eindringt. Forschende der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben ein Herstellungsverfahren entwickelt, das wirtschaftlich, zuverlässig und industriell skalierbar ist.</p><h2 type="main">Mikrosterne herstellen</h2><p>Um Mikrosterne herzustellen, ließen sich die Empa-Forschenden von Geschirr inspirieren. Dieses wird unter anderem per Schlickerguss produziert. Ein Team um Patrik Hoffmann erstellte durch ein maskenbasiertes Laserverfahren eine Formvorlage mit Tausenden sternförmigen Prägungen in Polycarbonat. Aus der Formvorlage produzierten sie dann Prägestempel aus Nickel, mit denen sie die Form durch Heißprägen vervielfältigten. In die vervielfältigten Polymerformen werden Keramikschlicker gegossen: wässrige Mischungen aus Keramikpulvern mit Wasser und organischen Zusätzen, welche für die Eigenschaften des Schlickers nötig sind. Nach sorgfältigem Trocknen, um Risse zu vermeiden, werden die keramischen Sternpartikel aus der Form entfernt (<link href="#nadc20254153293-fig-0001">Foto S. 53). Anschließend werden sie gesintert, also bis unter die Schmelztemperatur erwärmt, sodass sich etwa Poren schließen, aber das Produkt nicht zerfließt. Dadurch entsteht die feste Keramik.</p><figure xml:id="nadc20254153293-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmimouswvwgf307ulv1cdplja"><figcaption><label>Abb.1: </label>So werden die Mikrosterne hergestellt: In eine Polymergussform wird Schlicker gegossen und dieser in der Formgetrocknet. Dann entformen Ultraschallwellen die Sternpartikel. Foto: Empa</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Bruchfeste Sterne</h2><p>Keramik ist normalerweise spröde. Daher müssen die Mikrosterne angepasst werden, sodass sie die Haut durchdringen, ohne zu brechen. Die Gruppe um Michael Stuer an der Empa nutzte neue Verarbeitungs- und Sintertechniken, um die Sterne ohne Fehler und mit hoher Dichte zu nanostrukturieren.</p><p>Durch Zusätze und verbesserte Brennprozesse kontrollierte die Gruppe die Grenzflächen zwischen den Keramikkörnern – wichtig, um das Material widerstandsfähig und bruchfest zu machen. Verglichen mit Laserschneiden, bei dem die Partikel einzeln geformt werden, geht das neue Verfahren schneller und spart Geld: Selbst im Labor entstehen aus einer wiederverwertbaren Form mehr als 10 000 Mikrosterne. So ermöglicht Guss sternförmige Partikel mit schärferen Spitzen und glatteren Kanten (<link href="#nadc20254153293-fig-0002">Abbildung oben). Solche Sterne rollen und löchern die Haut besser – es sind also weniger Sterne für eine Therapie nötig. Außerdem hängt die Löcherzahl weniger vom Anpressdruck ab, und insgesamt ist ein geringerer Druck nötig.</p><figure xml:id="nadc20254153293-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmimouu9zxhkk07tjh5e2uvm6"><figcaption><label>Abb.2: </label>Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen: Mikrostern durch Laserschneiden (oben) und durch Schlickerguss (unten). Foto: Empa</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Welches Design besticht</h2><p>Die Mikrosterne müssen die Haut punktieren und sie trotzdem möglichst schonen. Um das Optimum zu finden, hat das Empa-Team Partikel in unterschiedlichen Formen und Größen entwickelt und getestet.</p><p>Die Produktionsmethode stellte sich unerwartet als Vorteil heraus. Beim Trocknen des Keramikschlickers in den Formen sorgen Kapillardrücke und die Oberflächenspannung an der Trocknungsgrenze dafür, dass sich die Partikel kontrolliert wölben lassen. Durch die Wölbung verhaken die Spitzen der Sterne sich eher und rollen sich auf der Haut ab, statt über die Haut geschoben zu werden, was nur zu Kratzern führen würde. Insgesamt sind die Punktierungen regelmäßiger verteilt, und ein Mikrostern punktiert die Haut häufiger.</p><p>Dieses Projekt planten Forschende der Empa zusammen mit dem Biotechunternehmen Aldena Therapeutics, einer Tochtergesellschaft von Alys Pharmaceuticals. Aldena will die sternförmigen keramischen Partikel in ihren siRNA-Hauttherapien nutzen. Klinische Studien sollen im Jahr 2026 starten.</p><h2 type="main">Die Autoren</h2><p>Michael Stuer leitet seit Ende 2019 die Arbeitsgruppe Nanopulver und Keramik an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in Dübendorf und ist seit 2020 auch Dozent an der EPFL in Lausanne. Er forscht an kolloidbasierter Formgebung, schnellen Sinterverfahren und Korngrenzflächen-basierter Materialoptimierung.<img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmimouvm4vwxf07t4exofkfb0"></p><p>Romain Trihan entwickelt seit dem Jahr 2024 Mikrokeramiken als Postdoc an der Empa. Zuvor hatte er weitere Stellen als Postdoc inne. Promoviert hat er 2019 an der Universität Limoges zu 3-D-gedruckten Keramiken für Krebsdiagnose und -therapie.<img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmimouwu0vwyp07t4ajf0qfp3"></p>

Meldung

Aus der Forschung

Überprüfung Ihres Anmeldestatus ...