Heidelberger Forschungsteam entwickelt Mikroalgen-Tinte für umweltfreundlichen 3D-Druck und medizinische Anwendungen

Mikroalgen sind eine vielfältige Gruppe von Mikroorganismen, die Photosynthese betreiben und schätzungsweise etwa 50 % des weltweiten Sauerstoffs produzieren. Als nachwachsender Rohstoff haben sie bereits zahlreiche Anwendungen, etwa in der Lebensmittelproduktion oder bei der Energiegewinnung. Doch nun eröffnet sich für Mikroalgen ein weiteres spannendes Einsatzgebiet, denn Sie könnten mittels 3D-Druck eine entscheidende Rolle in der Medizin spielen.

Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Eva Blasco vom Institute for Molecular Systems Engineering and Advanced Materials der Universität Heidelberg hat erstmals eine Mikroalgen-Tinte für den 3D-Laserdruck von komplexen, biokompatiblen Mikrostrukturen entwickelt. Prof. Dr. Blasco betont, dass bisher vor allem petrochemisch basierte Polymere verwendet wurden, insbesondere bei der Zwei-Photonen-Polymerisation, die für die Herstellung von Mikrostrukturen erforderlich ist. Diese Polymere tragen zur Erschöpfung fossiler Brennstoffe, zur Freisetzung von Treibhausgasen und oft auch zur Verwendung toxischer Bestandteile bei. Im Gegensatz dazu stellt die neuartige Mikroalgen-Tinte eine umweltfreundliche Alternative dar. 

Kieselalgen und Wassermikroorganismen.

Verwendet wurden zwei Algenarten, die besonders reich an Fetten in Form von Triglyzeriden sind und sich daher ideal als „Biofabriken“ für die Herstellung nachhaltiger Materialien eignen: die Kieselalge Odontella aurita und die Grünalge Tetraselmis striata. Um die Mikroalgen-Tinte herzustellen, werden die Triglyzeride aus den Algen extrahiert und mit Acrylaten funktionalisiert, um eine schnelle Aushärtung zu ermöglichen. Die photoaktiven, grünen Farbstoffe lösen bei Lichteinfall eine chemische Reaktion aus, die die Mikroalgen-Tinte aushärtet. „Damit vermeiden wir den Einsatz potenziell toxischer Zusatzstoffe wie Photoinitiatoren, die in herkömmlichen Tinten verwendet werden“, erklärt Clara Vazquez-Martel, Doktorandin in der Forschungsgruppe von Eva Blasco am IMSEAM.

Um die Biokompatibilität der Mikroalgen-Tinte schließlich zu testen, führten die Forscher Experimente mit Zellstrukturen durch. Dabei wurden 3D-Mikrogerüste hergestellt, auf denen Zellen für 24 Stunden kultiviert wurden – mit einer beeindruckenden Überlebensrate von 100 %. „Unsere Ergebnisse eröffnen nicht nur neue Möglichkeiten für einen nachhaltigeren 3D-Druck mit Licht, sondern auch für lebenswissenschaftliche Anwendungen, von dreidimensionalen Zellkulturen bis hin zu biokompatiblen Implantaten“, betont Prof. Blasco.

Mit der Mikroalgen-Tinte lassen sich komplexe 3D-Mikrostrukturen mit bemerkenswerter Qualität und Präzision mittels 3D-Druck fertigen. (Bild: © Clara Vazquez-Martel)

Die Mikroalgen-Tinte könnte künftig in der Medizin zur Herstellung präziser Mikro- und Nanostrukturen oder als Grundlage für Implantate und Gerüste für 3D-Zellkulturen eingesetzt werden. Aufgrund ihrer hohen Auflösung bietet sie zudem Potential für Anwendungen in der Optik, Photonik, Mikrofluidik und Biomedizin. Dank ihrer Biokompatibilität eignet sie sich besonders für den Druck von Produkten, die in Kontakt mit lebendem Gewebe stehen. Zugleich können die neuen Materialien die Umwelt schonen, da Algen schnell nachwachsen und während der Kultivierung Kohlendioxid herstellen. „Trotz ihrer Vorteile wurden Mikroalgen als Rohstoffe für den lichtbasierten 3D-Druck bisher kaum berücksichtigt“, erklärt Prof. Blasco, die mit ihrer Gruppe an der Schnittstelle von makromolekularer Chemie, Materialwissenschaften und 3D-Nanofabrikation forscht.

Durchgeführt wurden die Forschungsarbeiten im Exzellenzcluster „3D Matter Made to Order“, einer Kooperation der Universität Heidelberg und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Außerdem waren auch Forscher des KIT sowie der Universidad de Las Palmas de Gran Canaria beteiligt. Mehr über die Forschung erfahren Sie HIER.

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