Reale und virtuelle Geometrieanalyse von 2PP-Polymer-Mikronadeln zur Arzneimittelverabreichung

Zweiphotonen-Polymerisations-3D-Druck (2PP-3D-Druck) ist ein additives Fertigungsverfahren zur Herstellung von Mikro- und Nanostrukturen, wie z.B. Mikronadeln. Diese dienen z.B. als nicht-invasive, schmerzfreie Werkzeuge zur Wirkstoffabgabe in die Haut, wobei die mechanische Stabilität entscheidend für eine effektive Anwendung ist. In dieser Studie werden 1 mm hohe Nadelgeometrien in einem uniaxialen Kompressionstest auf ihre Stabilität untersucht. Die auf eine einzelne Nadel ausgeübte Kraft wird kontinuierlich auf 3 N erhöht und die Deformation der Nadel untersucht. Durch eine Finite-Element-Analysis in COMSOL wird die kritische Last, bei der die Nadelspitze zu knicken beginnt, in einer nichtlinearen Stabilitätsanalyse simuliert. Dazu wird das viskoelastische Polymer der Nadeln vorab charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass das massive Nadeldesign mit 50 % Plateau eine überlegene mechanische Stabilität und geringere Deformationen bei höheren Kräften aufweist. Tunnel- und Hohlkonstruktionen zeigen ein vergleichbares mechanisches Verhalten. Diese Studie bekräftigt die Leistungsfähigkeit des 2PP-Drucks in der Prototypen- und Masterfertigung für eine spätere Replizierung.