Ein Team von Forschern an der ETH Zürich hat aus biologisch abbaubaren Nanopartikeln und Zellulosefasern eine Allzweck-Trägertinte entwickelt, die sich verflüssigt, wenn sie durch die Düse eines 3D-Druckers gepresst wird. Kurz darauf setzt sie sich wieder in der Form zusammen, die für sie geplant ist. Die Schweizer Forscher gehen davon aus, dass sich das Material für personalisierte Implantate und weitere medizinische Anwendungen sehr gut einsetzen ließe.

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Präzisionsmedizin und Präzisions-Biomaterialien werden in der Medizin immer wichtiger, erklärt Mark Tibbitt in einer Pressemitteilung, Professor für Makromolekulares Engineering am Departement Maschinenbau und Verfahrenstechnik der ETH Zürich. Die neu entwickelte Tinte ist laut Tibbitt eine Allzweck-Trägertinte. Statt wie bisher für jedes Problem in der Medizin eine eigene Tinte zu entwickeln, könne diese Tinte „die Entwicklung neuer Anwendungen dramatisch vereinfachen“, wie die Forschenden in ihrem Fachartikel mit dem Titel „Universal Nanocarrier Ink Platform for Biomaterials Additive Manufacturing“ ausführlich erklären.

Das Zahnpastaproblem

Immer wieder werden für schwierige Aufgaben neue Materialien benötigt. Wie zum Beispiel im Fall des Tracheal-Gewebekonstrukts, das Forscher am Wake Forest Institute für Regenerative Medizin entwickelt haben. Bei der Entwicklung neuer Tinten haben Forscher ein sogenanntes „Zahnpastaproblem“. Der Inhalt einer Zahnpastatube darf nicht zu zähflüssig sein, weil sie sich sonst nicht durch die Öffnung drücken lässt. Sie darf aber auch nicht zu flüssig sein, damit sie nicht gleich zerfließt. Beim 3D-Druck muss sie durch die Druckdüse fließen können, soll sich dann aber verfestigen, damit die gedruckte Struktur stabil bleibt.

Die neu entwickelte Tinte erfüllt diese Anforderungen. Die in Wasser gelösten Zellulosefasern wurden bei dieser Tinte mit biologisch abbaubaren polymeren Nanopartikeln kombiniert. Gibt es keinen äußeren Druck, heften sich die Fasern an die Partikel. Aufgrund der großen Scherkräfte löst sich das gebildete Netzwerk in der Druckdüse auf. Nach dem Durchgang durch die enge Öffnung formt sie sich rasch wieder.

3D-Drucken mit neuer Biotinte
Die neu entwickelte Tinte ist laut Tibbitt eine Allzweck-Trägertinte (Bild © Elia  Guzzi, ETH Zürich).

Weitere Versuche mit der neuen Tinte

Forscher haben die Tinte außerdem mit verschiedenen Polymeren (etwa mit Hyaluronsäure, Gelatine, Kollagen oder Fibrinogen) versetzt. Das änderte nichts am Fließverhalten, erlaubte es den Forschern aber, das vergängliche Netzwerk in der gedruckten Form in einem weiteren Schritt zu verfestigen.

Es wurde auch überprüft, wie sich lebende Zellen in der Trägertinte verhalten. In der Tinte überleben gleich viele Zellen wie außerhalb. Hydrophobe Substanzen werden in Nanopartikel eingeschleust und hydrophile Substanzen in die wässrige Phase mit den Zellulosefasern hinzugegeben. Somit wäre die Tinte auch für neuartige Medikamentenverabreichungssysteme geeignet.

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