Forschern der University of Washington sind mit Hilfe von 3D-Druck die Herstellung neuartiger Bioreaktoren aus Hefe gelungen. Die einen Kubikzentimeter kleinen Behälter können die Herstellung von Bier und Wein grundlegend verbessern. Auch die Pharmaindustrie kann von den Forschungen profitieren.

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Ein Forscherteam der University of Washington konnte mit Unterstützung des 3D-Drucks innovative Bioreaktoren entwickeln, in der Hefezellen längere Zeit überleben können. Der Bioreaktor könnte zum Beispiel beim Bierbrauen eingesetzt werden.

Unter der Leitung von Dr. Alshakim Nelson wurde ein eigener 3D-Drucker gebaut, mit dem Bioreaktoren gefertigt werden können. Der Bioreaktor dient der Kultivierung von Mikroorganismen, kleine Pflanzen oder Zellen. Einsatzbereiche der Reaktoren sind zum Beispiel in der Pharmaindustrie zu finden, doch auch in der Produktion von Bier oder Wein spielen sie eine Rolle, berichtet „The Economist“.

Spezial-Hydrogel aus 3D-Drucker
3D-Druck unterstützt die Forscher bei der Herstellung der Würfel aus Spezial-Hydrogel, die neben Wasser auch aus Hefe bestehen (Bild © Dr. Alshakim Nelson, Nelson Research Lab).

Die quadratischen Behälter bestehen aus einem Spezial-Hydrogel und sind ein Kubikzentimeter groß. Das durchsichtige Hydrogel setzt sich aus 70 Prozent Wasser und einem zu 30 Prozent mit Hefe versetzten Polymer zusammen. Nach dem 3D-Druck werden die Bioreaktoren mit UV-Licht bestrahlt, damit sie ihre Form behalten. Ein Bioreaktor ist nach fünf Minuten hergestellt. Von den Wissenschaftlern wurde der Behälter im Anschluss in Glukose eingetaucht. Sie konnten sehen, wie die Hefezellen begannen den Zucker in Alkohol zu konvertieren. Der Vorgang verlief über Monate, solange sie regelmäßig eine frische Lösung erhielten. Die Hefen gewinnen durch das Hydrogel an Haltbarkeit, ohne ihre Fermentationsfähigkeit zu verlieren.

Nicht nur Bier

Neben der Bierherstellung eignet sich Nelson zufolge der Bioreaktor auch zur Herstellung von Medikamenten. Die Fermentation finde in der Pharmabranche standardmäßig Anwendung. Die von dem Forscherteam entwickelten 3D-Strukturen könnten helfen, die Effizienz von Fermetationsprozessen zu optimieren. Bei der Fermentation existiert der dauerhafte und der Batch-Betrieb als Verfahren. Im Batch-Betrieb wird der Behälter nach Abschluss des Produktionsdurchgangs geleert und gesäubert. Die Bioreaktoren der US-Forscher könnte diesen Prozess durch einen fortlaufenden Gärprozess ersetzen, der deutlich wirtschaftlicher und umweltfreundlicher als das Batch-Verfahren ist.

Im Februar 2017 stellten Forscher der University of Connecticut ein von ihnen entwickelte Hydrogel vor, welches Knochen aus dem 3D-Drucker verbessert. Wissenschaftler des MIT zeigten im gleichen Monat einen Roboter mit dem Fische gefangen und wieder freigegeben werden können. Der Greifarm des Roboters wurde aus transparenten Hydrogel gefertigt.

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