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F. Höller:
"Laser Microfabrication of Elastic 3D Scaffolds";
Supervisor: J. Stampfl, R. Liska; Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie, 2013; final examination: 06-25-2013.

This study is focused on creating microscopic 3D structures featuring appropriate environment properties optimized for cell cultivation for growing soft tissue. To achieve this, the 3D matrices, also called scaffolds, not only have to provide structural support capable of sustaining mechanical loading, such as the mechanical stimulation of the structure used for regulation of the cell and tissue development, but also to improve their interaction with the applied cell cultures.
Due to its high resolution, the powerful method of two-photon polymerization (2PP), using femtosecond laser pulses to locally cross-link photopolymers, ensures the reproducibility and precision to create these microscopic structures. Our primary aim was to find the optimal 2PP-processing parameters in order to achieve tissue development from 3D cell-culture. A new formulation of a photosensitive elastomer, suitable for both 2PP and DLP, was developed.
By using destructive testing procedures under in vivo-like conditions (physiological?), it was demonstrated , that our novel photoelastomers are complying with their mandatory feature of biodegradability and required mechanical properties.
For their analysis creep rupture tests in phosphate buffered saline (PBS, pH 7,4) at a temperature of 37°C have been performed to simulate in-vivo conditions.
Further mechanical properties have been analyzed in a tensile test, using a Zwick Materials Testing Machine Z050.

Diese Forschungsarbeit behandelt die Herstellung mikroskopischer, dreidimensionaler Stützstrukturen, deren Material- und Struktureigenschaften die optimalen Grundlagen zur Zellkultivierung für die Züchtung von Weichgewebe bieten sollen. Um dies zu erreichen, müssen diese künstlichen, extrazellulären 3D-Matrizen, auch "Scaffolds" genannt, nicht nur durch ihre Bauweise und ihre Materialeigenschaften die erforderliche Unterstützung bieten und der mechanischen Belastung standhalten, wie zum Beispiel jener durch die mechanischen Stimulierung der Konstruktion, die der Steuerung der Zell- und Gewebsentwicklung dient. Ihre Aufgabe ist es auch, die Interaktion der auf ihnen gezüchteten Zellkulturen verbessern.
Das leistungsfähige Verfahren der Zweiphotonenpolymerisation (2PP), das Femtosekunden-Laserpulse dazu nutzt, um bei der Herstellung dieser mikroskopischen Strukturen die Quervernetzungen in Photoelastomeren zu erzeugen, gewährleistet sowohl die Reproduzierbarkeit als auch - dank hoher Auflösung - die Präzision.
Das Hauptziel dieser Arbeit besteht darin, die für dieses Verfahren optimalen Parameter zu ermitteln, um die Qualität der Zellkultivierung und der Gewebeentwicklung zu verbessern. Hierfür wird eine neue Formulierung für ein Elastomer erprobt, das sowohl durch 2PP als auch durch das bewährte Fertigungsverfahren Digital Light Processing (DLP) verarbeitet werden kann.
Durch zerstörende Prüfverfahren unter in vivo nahen Bedingungen wird gezeigt, dass unser neuartiges Photoelastomer sowohl den mechanischen Ansprüchen genügt als auch die geforderte Eigenschaft der biologischen Abbaubarkeit aufweist.
Für diese Analyse werden Zeitstandversuche in Pufferlösung (PBS, pH 7,4) bei 37°C durchgeführt, um in-vivo Verhältnisse zu simulieren.
Die weiteren mechanischen Eigenschaften werden anhand von Zugversuchen ermittelt, die auf einer Zwick Materials Z050 Prüfmaschine durchgeführt werden.