Forscher drucken mit Bakterien - in 3 D

Forscher drucken mit Bakterien - in 3D

Forscher haben eine Lösung entwickelt, mit der Bakterien für den 3D-Druck verwendet werden können. Für die "Bakterientinte" sind viele Einsatzmöglichkeiten denkbar.

Bakterien bilden Biofilme, die sie in feindlicher Umgebung schützen. Diese Eigenschaft machten sich Schweizer Forscher zunutze. Sie entwickelten ein Hydrogel, in dem Bakterien sich vermehren und das in einem 3D-Druckverfahren seine Form behält.

Die Einzeller können auf diese Weise an exakt bestimmbaren Orten Schadstoffe abbauen oder medizinisch nutzbare Gewebe herstellen. Die Gruppe um André Studart von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich schildert ihr Vorgehen im Fachmagazin "Science Advances".

Das Vorbild für die funktionale lebendige Tinte ("Flink" - functional living ink) stammt von den Bakterien selbst: "Bakterien erzeugen zum Beispiel physikalische Materie in Form von Biofilmen, die auch in feindlichen Umgebungen das Überleben sichern", schreiben die Forscher.

Sie wollten eine Substanz entwickeln, in der Bakterien überleben und sich vermehren können und die steif genug ist, um nach dem Druck mit dem 3D-Drucker die vorgesehene Form zu bewahren. Sie fanden die richtige Formel, indem sie ein Bakterium-Nährmedium mit geringen Mengen Siliziumdioxid, Hyaluronsäure und sogenanntem Kappa-Carrageen zu jeweils gleichen Teilen mixten.

Um die Möglichkeiten ihrer "Bakterientinte" zu demonstrieren, betteten Studart und Kollegen zunächst Bakterien der Art Pseudomonas putida in das Hydrogel ein. Diese Einzeller können das Umweltgift Phenol zu ungiftiger Biomasse abbauen. Die Forscher druckten ein Gitter und legten es in ein phenolhaltiges Medium.

Nach 130 Stunden im Brutschrank war das Phenol abgebaut. Als die Wissenschaftler das Gitter reinigten und erneut in ein Phenolmedium legten, dauerte der Abbau derselben Menge Phenol nur noch 24 Stunden. Diese Effizienzsteigerung führen die Forscher auf die Vermehrung der Bakterien im Hydrogel zurück.

Gesichtsmaske aus Zellulose

In einem weiteren Versuch verwendete das Team um Studart Bakterien der Art Acetobacter xylinum, die biokompatible Zellulose herstellen können. Sie trugen lebendige Tinte mit dieser Bakterienart auf das Gesicht einer Puppe auf.

Die Einzeller produzierten daraufhin ein Zellulosegewebe, das genau der Gesichtsform angepasst war. Nach dem Auswaschen aller Hydrogel- und Bakterienreste blieb die Zellulose übrig, die in der Medizin beispielsweise als Hautersatz oder zur Einhüllung transplantierter Organe Verwendung findet.

Die Zelluloseherstellung durch Acetobacter xylinum ist auf vorhandenen Sauerstoff angewiesen. Deshalb funktioniert sie am besten bei sehr flachen Tintenschichten, die an die Luft grenzen.

Vitaminherstellung und Photosynthese möglich

Doch auch für den Fall, dass dies nicht möglich sein sollte, haben die Forscher eine Idee: "Alternativ kann die Herstellung von größeren Zellulosestücken in Betracht gezogen werden, wenn die Immobilisierung von Acetobacter xylinum kombiniert wird, zum Beispiel mit dem Einsatz von Sauerstoffproduzierenden Cyanobakterien im Hydrogel."

Laut den Forschern können in das Hydrogel auch Bakterien eingebunden werden, die Vitamine herstellen oder Photosynthese betreiben. Indem sie die Hyaluronsäure durch sogenannte Glycidylmethacrylat-Hyaluronsäure ersetzten, erreichten sie eine Vernetzung der Moleküle im Hydrogel durch ultraviolettes Licht und damit eine Aushärtung.

Das Fazit der Forscher: "Wir stellen uns vor, dass diese vielseitige Bakterien-Druckplattform für die additive Herstellung einer neuen Generation biologisch erzeugter Funktionsmaterialien verwendet werden kann."