Forscher entwickeln 3D-gedruckte Korallenstrukturen für die Algengewinnung

Schon in der Vergangenheit gab es mehrere Projekte, die sich mit 3D-gedruckten korallenähnlichen Strukturen beschäftigten. Das Ziel war bedrohte Unterwasser-Ökosysteme zu erhalten. Die künstlich erstellten Korallenriffe sind dabei so konzipiert, dass sie das Wachstum natürlicher Korallen fördern. Ein neues Projekt der Universität Cambridge und der Universität von Kalifornien San Diego geht hier einen Schritt weiter. Das gemeinsame Forschungsteam hat 3D-bioprintisierte korallenähnliche Strukturen entwickelt, die tatsächlich in der Lage sind, mikroskopisch kleine Algen zu züchten.

Korallen und Algen sind eng miteinander verbunden und existieren in Symbiose im Ozean. Zusammen bilden Korallen und Algen die Grundlage für die Ökosysteme der Korallenriffe, die zu den vielfältigsten der Welt gehören.

In ihrer Arbeit haben die Forscher mit Hilfe einer schnellen Bioprinting-Technik 3D-gedruckte Korallenstrukturen entwickelt. Nach Angaben des Teams ist es mit dieser Technologie gelungen, komplexe, korallenähnliche Geometrien mit einer Auflösung im Mikrometerbereich in nur wenigen Minuten herzustellen. Die 3D-gedruckte Koralle wird als Inkubator für Algenzellen verwendet, wodurch die Algen viel schneller wachsen und gedeihen können (etwa 100-fach) als mit herkömmlichen flüssigen Nährlösungen.

Professor Shaochen Chen von der UC San Diego, erläuterte, warum das Bioprinting anstelle anderer AM-Verfahren eingesetzt wurde: “Die meisten dieser Zellen sterben ab, wenn wir herkömmliche extrusionsbasierte oder Tintenstrahlverfahren verwenden, weil diese Verfahren Stunden dauern. Es wäre, als würde man einen Fisch aus dem Wasser fernhalten; die Zellen, mit denen wir arbeiten, werden nicht überleben, wenn man sie zu lange aus ihrem Nährboden fernhält. Unser Verfahren hat einen hohen Durchsatz und bietet wirklich schnelle Druckgeschwindigkeiten, so dass es in diesem Fall mit menschlichen Zellen, tierischen Zellen und in diesem Fall sogar mit Algenzellen kompatibel ist”.

Die bioprintierte Koralle wird aus einer Kombination von biokompatiblen Polymergelen und Hydrogelen hergestellt, die mit Zellulose-Nanomaterialien versetzt werden, welche die optischen Eigenschaften gesunder Korallen effektiv imitieren. Zellulose spielt eine wichtige Rolle in der Struktur, da sie zur Lichtstreuung beiträgt und die Photosynthese in den Algen fördert. In Tests erwies sich die bioprintierte Koralle als sehr effizient bei der Lichtverteilung. Die Struktur der gedruckten Koralle wurde durch Scannen lebender Korallen mittels optischer Kohärenztomographie entworfen. Der 3D-Scan diente als Grundlage für die Erstellung der 3D-Druckkorallenstruktur.

Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Forschungsarbeit in dem Magazin Nature unter dem Titel “Bionic 3D printed corals“.