3D-Druck vereint Hydrogele mit Fasern

Forschende der Universität Bayreuth haben eine neuartige 3D-Druck­technologie entwickelt, die Hydrogele und Fasern kombiniert. Das innovative Verfahren, erstmals in einem Gerät vereint, ermöglicht die Herstellung von Geweben mit faserigen Strukturen und einachsiger Zellen­ausrichtung. Die Forschungs­ergebnisse bergen Potenzial für die künstliche Herstellung von biologischem Gewebe.

Leonid Ionov und sein Team an der Universität Bayreuth haben verschiedene Arten von Hydrogelen ausgiebig für den 3D-Druck von Geweben getestet. Bei einem Hydrogel handelt es sich um ein wasser­enthaltendes und gleichzeitig wasser­unlösliches Polymer. Zudem werden die zellenthaltenden Hydrogele, die auch als Bio-Tinte bezeichnet werden, mit Fasern kombiniert, um einen neuartigen Verbundstoff zu erhalten. Dies geschieht durch die Verwendung eines 3D-Bio-Drucks mit integriertem Touch-Spinning-Verfahren.

Touch-Spinning ein skalierbares Verfahren zur Herstellung von Fasern aus einer Polymerlösung oder –schmelze. Die Bayreuther Wissen­schaftlerinnen und Wissenschaftler haben nun zum ersten Mal die 3D-Druck­technologie mit der Touch-Spinning-Techno­logie in einem einzigen Gerät zusammengeführt. „Die in dieser Studie gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Bedeutung für die Herstellung von Geweben und insbesondere von Geweben mit faserigen Strukturen und einachsiger Ausrichtung der Zellen wie Binde- und Muskelgewebe“, sagt Leonid Ionov.

Die Bayreuther Forschenden haben bei den Versuchen verschiedene Hydrogele genutzt und deren Eigenschaften verglichen. Hydrogele finden seit Jahrzehnten breite Anwendung in den Bereichen Bio­fabrikation und Gewebezucht als Gerüstmaterialien. Durch die Kombination eines Hydrogel-Systems mit einem Faser-System verringern sich die Anforderungen an die Verarbeitung von Hydro­gelen, wie etwa die Vernetzung zur Verbesserung ihrer mechanischen Eigenschaften, da bei diesen Verbund­werkstoffen die mechanischen Eigenschaften durch das Fasersystem abgedeckt werden.

Außerdem ist die Forderung nach einem niedrigen Vernetzungs­grad vorteilhaft für die anschließende Gewebe­bildung. „Das Hydrogel bietet den Zellen eine wässrige Umgebung, die das gute Funktionieren der Zellen fördert, während die Fasern die Ausrichtung der Zellen entlang der Hauptrichtung der Faser steuern sollen“, sagt Ionov. Aufbauend auf die Erfindung des neuen und bereits patentierten Gerätes, das diese beiden Techniken kombiniert, haben die Wissen­schaftler das Start-up-Unternehmen biovature unter der Leitung von Alla Synytska gegründet.

U. Bayreuth / JOL