Robust und porös zugleich: Forscher drucken Knochen aus Bakterien und Harnstoff

Ausgerechnet einen bestimmten Bakterienstamm und Harnstoff haben Forscher in einem 3-D-Drucksystem zusammengebracht, um »Knochen« auszudrucken. Vorher ist es nie wirklich gelungen, Objekte zu produzieren, die gleichzeitig porös und robust genug waren, um mit dem natürlichen Vorbild konkurrieren zu können. Mit dem neuen Verfahren ließen sich auch Korallenstrukturen drucken, um geschädigte Riffe zu reparieren: ein großer Fortschritt für den Schutz unsere maritimen Ökosysteme. Auch manches beschädigte Kunstwerk ließe sich mit dem gedruckten Material restaurieren.

Irrweg: Mineralpartikel führen zu Rissen und Schwund

Zahlreiche Anwendungen mit dem 3-D-Drucker sind bereits möglich. Die Industrie nutzt solche Systeme schon seit einigen Jahren ein, um verschiedenste Bau- oder Ersatzteile zu produzieren. Auch in der Medizin probieren Forscher damit herum, zum Beispiel für den Druck von Knochenmaterial. Das Ausgangsmaterial muss jedoch flüssig sein, damit die Düsen es in der vorgegebenen Form spritzen können: Allein das ist ein großes Hindernis beim Knochendrucken. Das Endergebnis ist insgesamt schwer zu erzielen, weil natürliche Knochenstrukturen unverwechselbare Eigenschaften mitbringen. Derart leicht und hart ist kaum ein anderes Material. Das Beimischen von Mineralpartikeln ist jedenfalls nicht der richtige Weg, denn dabei kommt es im Trocknungsprozess immer wieder zu Rissbildungen und Schrumpfen.

Bakterien produzieren bei Harnstoffkontakt Kalziumcarbonat

Forscher an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) konnten nun ein Druckmaterial entwickeln, das die Tore in die richtige Richtung öffnet. Ihr Verfahren erklären sie im Fachjournal Materials Today: Sie verwenden eine Bakterienart, die bei Kontakt mit Harnstoff Kalziumkarbonat produziert. Die Mineralisierung braucht ungefähr vier Tage, dann steht das knochenähnliche Material bereit. Die Wissenschaftler tauchen die Objekte hinterher in Ethanol, um sicherzugehen, dass keine lebenden Bakterien zurückbleiben. Danach stehen die Objekte theoretisch als Ersatzknochen zur Verfügung — oder als Reparaturmaterial für Korallenriffe.

Quelle: forschung-und-wissen.de

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