3D-Druck mit lebender Materie: ETH-Forscher entwickeln Biotinte bestehend aus Bakterien

Ein Forscherteam der ETH Zürich hat eine Biotinte für den 3D-Druck entwickelt, die aus lebenden Bakterien besteht. Je nach Art des zugesetzten Bakteriums können damit biochemische Mini-Fabriken mit bestimmter Funktionalität hergestellt werden, darunter der Abbau von Giftstoffen oder Wundversorgung bei Brandverletzungen.

Mit der Biotinte genannt Flink (Functional Living INK) haben die Wissenschaftler erstmals eine 3D-Druckplattform für lebende Materie geschaffen. Für seine Versuche hat das Hochschulteam unter der Leitung von Professor André Studart mit dem Bakterium Pseudonomas putida sowie Acetobacter xylinum experimentiert. Ersteres kann chemisch toxisches Phenol, ein Zwischenprodukt bei der Kunststoffherstellung, zersetzen. Zweiteres produziert Nanocellose und könnte Anwendung in der Behandlung von Brandverletzungen finden, da Cellulose die Wunde feucht hält und schmerzlindernd wirkt.

Mit der entwickelten Druckplattform lassen sich zudem bis zu vier verschiedene Bakterienarten mit unterschiedlicher Konzentration in einem Durchgang kombinieren. So entstehen Objekte welche gleich mehrere Eigenschaften aufweisen. Basis dieser Biotinte versetzt mit Bakterien ist ein Hydrogel, das für die nötige Stabilität sorgt. Hierbei galt es die optimale Konsistenz des Materials zu erzielen, da diese nicht nur ausschlaggebend für das Fließverhalten und die Stabilität beim 3D-Druck, sondern auch für die Beweglichkeit der darin enthaltenen Bakterien ist.

Bislang wurde die Überlebenszeit der mit Flink hergestellten Mini-Fabriken noch nicht erforscht. Laut Patrick Rühs, Author der Studie “3D printing of bacteria into functional complex materials“, die im Fachjournal Science Advances veröffentlicht wurde, können Bakterien mit einem Minimum an Ressourcen auskommen. Daher wird angenommen, dass die Strukturen für eine sehr lange Zeit überleben.

“3D-Druck mit Hydrogel versetzt mit Bakterien hat enormes Potential, da es eine ganze Reihe an nützlichen Bakterien gibt,” fügt Rühs hinzu. “Die meisten Menschen verbinden Bakterien jedoch mit Krankheiten, aber tatsächlich ist es so, dass wir ohne sie nicht überleben könnten.”

Neben medizinischen und biotechnologischen Anwendungen könnte die Biotinte auch für die Erforschung von Zersetzungsprozessen oder der Biofilmbildung eingesetzt werden. Beispiele aus der Praxis wären ein 3D-gedruckter Bakterien-Sensor, der giftige Stoffe im Trinkwasser erkennt oder Bakterien-Filter für Ölkatastrophen.

Bis dahin gilt es allerdings noch einige Hürden zu überwinden, darunter die sehr langsame Druckgeschwindigkeit und schwierige Skalierbarkeit. Die Forscher sind jedoch zuversichtlich auch diese Herausforderung zu bewältigen.