Biokompatible Tinte mit Bakterien für 3D-Drucker
Einsatz bei Giftstoffabbau oder zur Herstellung von Medizin-Zellulose
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3D-Drucker werden zu biochemischen Minifabriken (Illustration: Bara Krautz) |
Zürich (pte013/04.12.2017/11:30) Forscher der ETH Zürich http://ethz.ch haben für den 3D-Druck eine biokompatible Tinte mit lebenden Bakterien entwickelt. Mit der Tinte namens "Flink" lassen sich biologische Materialien herstellen, die Giftstoffe abbauen oder hochreine Zellulose für biomedizinische Anwendungen produzieren. In ihrer Arbeit haben die Wissenschaftler die Bakterienarten Pseudomonas putida und Acetobacter xylinum verwendet.
Viele Kombinationen möglich
Pseudomonas putida kann das giftige Phenol, das die chemische Industrie im großen Stil produziert, abbauen. Acetobacter xylinum wiederum sondert hochreine Nano-Zellulose ab. Die bakterielle Zellulose wirkt schmerzlindernd, hält feucht und ist stabil. Sie ließe sich daher unter anderem bei Brandverletzungen einsetzen. Die neue Druckplattform der ETH-Forscher bietet zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten. So lassen sich in einem Durchlauf bis zu vier verschiedene Tinten mit unterschiedlichen Bakterienarten in unterschiedlichen Konzentrationen verwenden, um Objekte mit mehreren Funktionen herzustellen.
Die Tinte besteht aus einem biokompatiblen und strukturgebenden Hydrogel. Dieses beinhaltet Hyaluronsäure, langkettige Zuckermoleküle sowie Kieselsäure. Das Nährmedium der Bakterien wird der Tinte beigemischt, sodass die Bakterien alles haben, um zu leben. In dieses Hydrogel können die Schweizer Forscher die Bakterien mit den gewünschten Eigenschaften beimengen und schließlich beliebige dreidimensionale Strukturen drucken.
Hydrogel viskos wie Zahnpasta
"Die Tinte muss so viskos wie Zahnpasta sein und die Konsistenz von Nivea-Handcrème haben", erläutert der wissenschaftliche ETHZ-Mitarbeiter Manuel Schaffner das Erfolgsrezept. Die Lebensdauer der gedruckten Minifabriken haben die Materialwissenschaftler noch nicht untersucht. "Da Bakterien kaum Ansprüche haben, gehen wir davon aus, dass sie sehr lange in gedruckten Strukturen überleben können", ergänzt Kollege Patrick Rühs.
Neben medizinischen und biotechnologischen Anwendungen können sich die Forscher viele weitere Anwendungen vorstellen. So lassen sich mit solchen Objekten beispielsweise Abbauprozesse oder die Entstehung von Biofilmen untersuchen. Eine praktische Anwendung wäre ein 3D-gedruckter Sensor mit Bakterien, welcher Giftstoffe im Trinkwasser anzeigen würde. Denkbar sind auch bakterienhaltige Filter, die bei Ölkatastrophen zum Einsatz kommen. Herausforderungen sind derzeit die lange Druckzeit und die schwierige Skalierbarkeit.
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