Schweizer Forscherteam stellt knochenähnliche Verbundwerkstoffe mittels Bakterien her

Was wäre der 3D-Druck nur ohne die damit verbundenen und essentiellen 3D-Materialien? Richtig, es wäre bei weitem nicht das Gleiche. Die Liste an für den 3D-Druck nutzbaren Materialien ist lang, doch ein Forscherteam der Soft Materials Laboratory in der School of Engineering aus Lausanne, Schweiz,  haben sich nun auf einen ganz besonderen Aspekt der Materialien gestützt: Verbundwerkstoffe, die in ihren Eigenschaften stark an Knochen oder Muschelschalen erinnern. Das bedeutet, dass diese gleichzeitig leicht, aber auch stark sein müssen, wie auch porös und fest. Es klingt nach Gegensätzen, die nahezu unmöglich in einem Labor hergestellt werden können, doch um dieser Herausforderungen entgegen zu wirken hat man sich der Natur zugewandt.

Die Lösungsbringende Zutat für diese Art von Verbundwerkstoffs findet sich in einem Bakterium wieder. Um genau zu sein dem Sporosarcina pasteurii. Dieses verfügt über Kalziumakarbonat (CaCO3), wenn es mit einer harnstoffhaltigen Lösung in Kontakt kommt. Die Forscher machten sich dies für die Entwicklung einer 3D-druckbaren Tinte zu eigen, die den Namen BactoInk trägt und im Stande ist Formen in 3D zu drucken, bevor diese dann nach einiger Zeit nach und nach mineralisiert wird.

Bild: Eva Baur

Hohe Anforderungen an 3D-druckbare Tinten

Wenn Sie sich schon einmal mit Tinten für den 3D-Drucker beschäftigt haben, dann ist Ihnen mit Sicherheit auch aufgefallen, dass diese eine Reihe an Bedingungen wie beispielsweise die Fließbedingungen, den Ruhezustand und die gleichzeitige Extrudierbarkeit erfüllen müssen. Grund genug für das Forscherteam rund um Laborleiterin Esther Amstad sich dieser Forschung im Detail zu widmen. Sie erklärt weiter, dass bei bisherigen Materialien in diesem Fall kleine Mineralpartikel genutzt worden sind, um die Fließeigenschaften garantieren zu können. Gleichzeitig mussten aber auch Einbußen im Bezug auf Risse oder Schrumpfungen verzeichnet werden.

Amstad erklärt, wie das Schweizer Forschungsteam diese Herausforderung bewältigt haben: „Also haben wir uns einen einfachen Trick einfallen lassen: Anstatt Mineralien zu drucken, haben wir mit unserer BactoInk ein Polymergerüst gedruckt, das dann in einem zweiten, separaten Schritt mineralisiert wird. Nach etwa vier Tagen führt der durch die Bakterien im Gerüst ausgelöste Mineralisierungsprozess zu einem Endprodukt mit einem Mineralgehalt von über 90 %.“  Das Resultat ist ein Bioverbundwerkstoff, der trotz Anmischung von Bakterien am Ende trotz alldem keine lebenden Bakterien mehr beinhaltet. Zudem ist dieses Material äußerst stark und widerstandsfähig.

Schweizer Verbundwerkstoffe finden viele Anwendung

ob Kunst, Ökologie oder auch Biomedizin, die in Lausanne entwickelten Bio-Verbundwerkstoffe können in vielen Anwendungsbereichen ihren Nutzen finden. So auch beispielsweise bei der Restaurierung von Kunstwerken, sei es bei einem Riss einer Case oder eine Statue. Aber dessen mechanische Eigenschaften beflügelt das Material dazu ein Kunstwerk zu reparieren und sogar weiters vor weiteren Schäden zu schützen. Wir haben bereits über Projekte zur Rettung von Korallen gehört, doch auch BactoInk würde sich laut Forschern dafür einsetzen lassen, denn da ausschließlich umweltfreundliche Materialien genutzt wurden, können Meeresriffe geheilt werden. Schließlich kann auch die Biomedizin davon profitieren, da die Eigenschaften des Biokomposits jenen von Knochen stark ähneln.

Restaurierung beschädigter Kunstwerke (Bild: Eva Baur)

„Die Vielseitigkeit des BactoInk-Verfahrens in Verbindung mit den geringen Umweltauswirkungen und den hervorragenden mechanischen Eigenschaften der mineralisierten Materialien eröffnet viele neue Möglichkeiten für die Herstellung leichter, tragfähiger Verbundwerkstoffe, die natürlichen Materialien ähnlicher sind als den heutigen synthetischen Verbundwerkstoffen“, erklärt Amstad abschließend. HIER finden Sie weitere Informationen zu den knochenähnlichen Verbundwerkstoffen.

Was sagen Sie zur Forschung der Verbundwerkstoffe bestehend aus Bakterien? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf. Facebook oder LinkedIN mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der Additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.

*Titelbildnachweis: Rost-9D