Ein internationales Forscherteam hat erstmals Tinten entwickelt, die aus Mikroalgen gewonnen wurden und für den 3D-Druck komplexer, biokompatibler Mikrostrukturen geeignet sind. Mikroalgen bieten durch ihren hohen Gehalt an Lipiden und photoaktiven Pigmenten vielversprechende Eigenschaften als nachhaltige Rohstoffe für den 3D-Laserdruck.
Unter der Leitung von Prof. Dr. Eva Blasco, Wissenschaftlerin am Institut für Molekulare Systemtechnik und Fortgeschrittene Materialien (IMSEAM) der Universität Heidelberg, haben die Forscher ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Advanced Materials unter dem Titel „Printing Green: Microalgae-Based Materials for 3D Printing with Light“ veröffentlicht.
Mikroalgen als nachhaltige Alternative zu petrochemischen Polymeren
Der 3D-Laserdruckprozess, den das Team entwickelt hat, verwendet einen fokussierten Laserstrahl, um photoreaktive Harze zu härten. Bisher kamen dabei meist petrochemische Polymere zum Einsatz. Mikroalgen bieten jedoch eine umweltfreundlichere Alternative, da sie schnell wachsen, CO₂ binden und biokompatibel sind.
„Obwohl Mikroalgen viele Vorteile bieten, wurden sie bisher kaum als Rohstoff für lichtbasierte 3D-Druckverfahren in Betracht gezogen“, so Prof. Blasco. Das Team entschied sich für die Algenarten Odontella aurita und Tetraselmis striata, die hohe Mengen an Lipiden in Form von Triglyzeriden enthalten. Diese Triglyzeride wurden extrahiert und mit Acrylaten funktionalisiert, um eine schnelle Aushärtung unter Lichteinwirkung zu ermöglichen.
Biokompatibilität und Anwendungsmöglichkeiten
Die grünen Pigmente der Mikroalgen, die als Photoinitiatoren fungieren, lösen bei Lichtbestrahlung die chemische Reaktion aus, die zur Verfestigung der Tinte führt. „Auf diese Weise vermeiden wir den Einsatz potenziell toxischer Additive, wie sie in herkömmlichen Tinten verwendet werden“, erklärte Clara Vazquez-Martel, Doktorandin im Forschungsteam von Eva Blasco.
Mit der neuen Tinte konnten die Forscher verschiedene 3D-Mikrostrukturen mit hoher Präzision drucken, darunter komplexe Merkmale wie Überhänge und Hohlräume. In Zellkulturexperimenten testeten sie zudem die Biokompatibilität der Algen-basierten Tinten. Die auf 3D-Mikrogerüsten kultivierten Zellen wiesen nach 24 Stunden eine Überlebensrate von nahezu 100 Prozent auf.
„Unsere Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten für einen nachhaltigeren 3D-Druck mit Licht sowie für Anwendungen in den Lebenswissenschaften – von 3D-Zellkulturen bis hin zu biokompatiblen Implantaten“, sagte Prof. Blasco. Die Forschung wurde im Rahmen des Exzellenzclusters „3D Matter Made to Order“ durchgeführt, einer Kooperation der Universität Heidelberg und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). An der Studie waren auch Forscher der Spanischen Algenbank der Universität von Las Palmas de Gran Canaria beteiligt.
Die Arbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der Carl-Zeiss-Stiftung, dem Fonds der Chemischen Industrie und der Europäischen Union gefördert.
