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Sonnenblumenpollen als Biotinte für den 3D-Druck

Auf 1. September 2021 von Regina P. veröffentlicht

An der Nanyang Technological University in Singapur (NTU Singapur) hat ein Forscherteam eine neue Biotinte für den 3D-Druck aus Sonnenblumenpollen entwickelt. Diese soll umweltfreundlicher, haltbarer und sogar erschwinglicher sein im Vergleich zu anderen Biotinten und könnte in Zukunft für die Herstellung von Teilen wie beispielsweise Gewebeimplantaten oder zur Verabreichung von Medikamenten eingesetzt werden. Der wesentliche Vorteil der auf Pollen basierenden Biotinte besteht darin, dass diese ihre Form beibehält, sobald sie auf das Druckbett trifft, was die Gestaltung des Endprodukts erleichtert.

Das Bioprinting vereint alle Techniken, die es ermöglichen, zelluläre Strukturen mit denselben Eigenschaften, wie beispielsweise natürliches Gewebe, herzustellen. Zu dem am weitesten verbreiteten Verfahren zählt die Materialextrusion: Ähnlich wie ein FDM-Drucker trägt der Bioprinter die Tinte Schicht für Schicht auf, grundsätzlich handelt es sich hierbei um ein Hydrogel, das die Zellen enthält. Eine der größten Herausforderungen dieser Technik ist die Beibehaltung der Form des Hydrogels. Deshalb werden  Druckmedien benötigt: Die Tinte wird auf einer Art Matrix aufgetragen, welche im Anschluss an den Prozess nicht mehr benötigt wird. Die Forscher der NTU Singapur wollten daher eine Alternative finden, die ohne Matrix auskommt und somit den mit dem Bioprinting verbundenen Abfall entsprechend minimiert.

Das Forscherteam hinter der Studie (Bild: NTU Singapore)

Professor Cho Nam-Joon, der Co-Autor der Studie, erklärt:Bioprinting kann eine Herausforderung darstellen, weil das Material, aus dem die Tinten bestehen, normalerweise zu weich ist. Das bedeutet, dass die Struktur während des Drucks zusammenbrechen kann. Durch Anpassung der mechanischen Eigenschaften der Sonnenblumenpollen haben wir eine auf Pollen basierende Hybridtinte entwickelt, mit der sich Strukturen mit guter struktureller Integrität drucken lassen. Dies ist ein wesentlicher Erfolg, da dieses Verfahren zur Herstellung von Pollentinte sowohl nachhaltig als auch kostengünstig ist. Da es viele Pollenarten mit unterschiedlichen Größen, Formen und Oberflächeneigenschaften gibt, könnten Pollen-Mikrogelsuspensionen potenziell zur Herstellung einer neuen Klasse von umweltfreundlichen 3D-Druckmaterialien verwendet werden.“

Die Entwicklung der Biotinte für den 3D-Druck aus Sonnenblumenpollen

Die Forscher mussten die Sonnenblumenpollen zunächst 6 Stunden lang in eine alkalische Lösung geben. So entstehen die Pollen-Mikrogelpartikel. Sobald dieses Mikrogel entstanden ist, wird es mit verschiedenen Hydrogelen (Alginat, Hyaluronsäure usw.) gemischt. Daraus erhält das Team die Tinte, welche letztlich ein Verbundmaterial ist. Um die Innovation zu testen, wurde ein aus 5 Schichten bestehendes Tissue-Engineering-Gerüst in 12 Minuten 3D-gedruckt. Anschließend trugen die Forscher Kollagen auf, um Anker zu bilden, an denen sich Zellen festsetzen und wachsen konnten. Nach Angaben des Teams und den erzielten Ergebnissen lag die Effizienz der Aussaat der Zellen bei 96 % bis 97 %. Die Tinte auf Pollenbasis könnte also tatsächlich das Zellwachstum fördern – ein essentieller Prozess bei der Geweberegeneration.

Biotinte aus den Pollen der Sonnenblume (Bild: NTU Singapore)

Song Juha, einer der Studienbeteiligten, fügt hinzu: „Unsere Ergebnisse können sicherlich neue Möglichkeiten für individualisierte flexible Membranen eröffnen, welche sich exakt an die Konturen der menschlichen Haut anpassen, dazu zählen etwa Pflaster oder Gesichtsmasken. Diese weichen und flexiblen Membranen werden in der Regel auf der Grundlage einer flachen Geometrie hergestellt, was zu Problemen wie Brüchen oder zu einer schlechten Passform führt – insbesondere wenn diese auf größeren Hautflächen wie dem Gesicht oder auf Bereichen mit häufigen Bewegungen wie den Gelenken angebracht werden. Mit unserer auf Pollen basierenden 3D-Drucktinte die biokompatibel, flexibel und kostengünstig ist, können wir Membranen herstellen, die sich an die Konturen der menschlichen Haut anpassen und sich biegen können, ohne dabei zu brechen.“

Das Team der NTU Singapur testet derzeit zahlreiche Anwendungen und ist von den Möglichkeiten überzeugt, welche die Pollen und das Bioprinting bieten. In jedem Fall handelt es sich hier um eine erschwingliche und nachhaltige Methode, welche einen bedeutenden Einfluss auf den Bereich des Bioprinting nehmen könnte. Die Studie finden Sie HIER.

Titelbildnachweis: Frenta/Adobe Stock

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