3D-gedruckte Korallen sollen Wasserqualität verbessern

3D-Drucktechnologien können zur Erstellung komplexer und verschachtelter Strukturen eingesetzt werden und ermöglichen so ein neues Level an Designfreiheit. Dies stellt einen der Hauptvorteile der additiven Fertigung dar und einer der Gründe, weshalb sich viele Wissenschaftler auf der ganzen Welt im Laufe der Jahre mit der additiven Fertigung beschäftigt haben. Die Schaffung komplexerer Strukturen ermöglicht neue Anwendungen. Eine dieser Anwendungen ist die Erhöhung der Artenvielfalt. An der Universität Cambridge und der Universität von Kalifornien San Diego haben Forscher 3D-gedruckte, von Korallen inspirierte Strukturen entwickelt, die in der Lage sind, dichte Populationen mikroskopisch kleine Algen wachsen zu lassen. Die Ergebnisse, über die in der Zeitschrift Nature Communications berichtet wird, schaffen neue Perspektiven für den Einsatz biologisch imitierender Materialien und ihren Anwendungen für den Umweltschutz.

Im Ozean stehen Korallen und Algen in einer engen symbiotischen Beziehung zueinander. Die Koralle ist der Wirt für die Algen, während die Algen durch Photosynthese Zucker für die Korallen produzieren. Diese Beziehung ist für eines der vielfältigsten und produktivsten Ökosysteme der Erde, das Korallenriff, verantwortlich. Dr. Daniel Wangpraseurt, ein Marie-Curie-Stipendiat des Fachbereichs Chemie in Cambridge, erklärt: „In unserem Labor suchen wir nach Methoden, um diese Strategien aus der Natur für kommerzielle Anwendungen zu imitieren“. Mit anderen Worten: Durch den 3D-Druck von Korallenstrukturen können die Forscher das Algenwachstum fördern, die wiederum die Korallen ernähren.

Nahaufnahme einer Mikroalge (Bildnachweis: University of Cambridge)

Die 3D-gedruckte Korallen werden per Bio-Druck hergestellt

Zur Herstellung der Korallen verwendete das Forschungsteam Bioprinting-Techniken, die in der Lage sind, detaillierte Strukturen zu reproduzieren, welche die komplexen Designs und Funktionen von lebendem Gewebe imitieren. Zusätzlich zur Reproduktion der komplizierten Strukturen der Koralle sollen die lebenden Zellen während der Bildung der Korallen am Leben erhalten werden – keine leichte Aufgabe. Der Co-Senior-Autor Professor Shaochen Chen von der UC San Diego erläutert dies ausführlicher: „Die meisten dieser Zellen würden absterben, wenn wir die herkömmlichen Extrusions- oder Tintenstrahlverfahren verwenden würden, weil diese Methoden Stunden dauern. Es wäre, als würde man einen Fisch aus dem Wasser nehmen; die Zellen, mit denen wir arbeiten, werden nicht überleben, wenn man sie zu lange aus ihrem Kulturmedium heraushält. Unser Verfahren hat einen hohen Durchsatz und bietet wirklich schnelle Druckgeschwindigkeiten, so dass es in diesem Fall mit menschlichen Zellen, tierischen Zellen und in diesem Fall sogar mit Algenzellen kompatibel ist“.

Was die Materialien betrifft, so verwenden die Wissenschaftler eine Kombination aus Polymergelen und Hydrogelen, die mit Zellulose-Nanomaterialien angereichert sind, um die optischen Eigenschaften lebender Korallen nachzuahmen. Bei der Überprüfung der Effizienz von Seiten des Teams wurde klar, dass 3D-gedruckte Korallen erfolgreich Licht aufnehmen konnten, genau wie natürliche Korallen. Dr. Daniel Wangpraseurt fügte hinzu: „Es gibt viele verschiedene Anwendungen für unsere neue Technologie. Wir haben vor kurzem eine Firma namens Mantaz gegründet, die von Korallen inspirierte Lichtgewinnungsmethoden nutzt, um Algen für Bioprodukte in Entwicklungsländern zu kultivieren. Wir hoffen, dass unsere Technik skalierbar sein wird, so dass sie einen wirklichen Einfluss auf den Algen-Biosektor haben und letztlich die Treibhausgasemissionen reduzieren kann, die für das Absterben der Korallenriffe verantwortlich sind“.

Dies ist nur eine der Möglichkeiten, wie Additive Manufacturing die Natur imitieren kann, um effizientere Lösungen für Probleme zu finden, mit denen wir konfrontiert sind. Wir sind gespannt zu sehen, ob es den Forschern gelingt, 3D-gedruckte Korallen im größeren Stil anzuwenden. Weitere Informationen finden Sie hier.

Ein geschädigtes Korallenriff