Mikroalgen enthalten nicht nur kostbare Wertstoffe. Sie sind auch begehrte und vor allem effiziente Biofabriken, um biogene Rohstoffe für Farb- und Kunststoffe oder Biosprit herzustellen. Sie benötigen lediglich Sonnenlicht, Kohlendioxid und Wasser, um schnell große Mengen an Biomasse zu produzieren. Außerdem wird bei der Kultivierung von Mikroalgen Kohlendioxid gebunden. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Heidelberg hat nun das Einsatzspektrum mikroalgenbasierter Produkte erweitert. Einem Team um Eva Blasco ist es erstmals gelungen, mit den aus Mikroalgen gewonnenen Farbstoffen Biotinten herzustellen, die für den hochauflösenden dreidimensionalen Laserdruck geeignet sind.

Photoaktive Farbstoffe in Kiesel- und Grünalge

„Trotz ihrer Vorteile sind Mikroalgen als Rohstoffe für den lichtbasierten 3D-Druck kaum in Betracht gezogen worden“, sagt Eva Blasco vom Institute for Molecular Systems Engineering and Advanced Materials (IMSEAM) der Universität Heidelberg.  Wie das Team im Fachmagazin „Advanced Materials“ berichtet, wurden mit der Kieselalge Odontella aurita und der Grünalge Tetraselmis striata zwei Arten zur Herstellung der Biotinten ausgewählt, die besonders viele Fette in Form von Triglyzeriden enthalten.

Diese Triglyzeride wurden von den Forschenden extrahiert und mit Acrylaten funktionalisiert, um eine schnelle Aushärtung bei Lichteinstrahlung durch den Laser zu ermöglichen. Durch den Laserstrahl werden spezielle Moleküle in der Biotinte, sogenannte Photoinitiatoren, aktiviert. Dadurch kommt es zu einer chemischen Reaktion, wodurch die Tinte zu einer dreidimensionalen Struktur verfestigt wird. Die in den beiden Mikroalgen vorhandenen photoaktiven grünen Farbstoffe hatten sich als Photoinitiatoren besonders geeignet.

Diverse 3D-Mikrostrukturen mit Biotinte hergestellt

Bei dem hochpräzisen Verfahren des 3D-Laserdrucks werden bisher hauptsächlich Tinten aus erdölbasierten Polymeren verwendet. Den Forschenden zufolge konnten mit dem neu entwickelten Tintensystem bereits „verschiedene 3D-Mikrostrukturen mit hoher Präzision und komplexen Merkmalen wie überhängenden Dächern oder Hohlräumen“ hergestellt werden. „Damit vermeiden wir den Einsatz von potenziell toxischen Zusatzstoffen wie Photoinitiatoren, die in herkömmlichen Tinten verwendet werden“, erklärt Erstautorin Clara Vazquez-Martel, Doktorandin in der Forschungsgruppe von Eva Blasco am IMSEAM.

Biokompatibilität der Zellkulturen bei nahezu 100 %

Anhand von Zellkulturen untersuchte das Team auch die Biokompatibilität der mikroalgenbasierten Tinten. Der Studie zufolge lag die Überlebensrate der Zellkulturen bei „nahezu 100 %“.  „Unsere Ergebnisse eröffnen nicht nur neue Möglichkeiten für einen nachhaltigeren 3D-Druck mit Licht, sondern auch für lebenswissenschaftliche Anwendungen – von dreidimensionalen Zellkulturen bis hin zu biokompatiblen Implantaten“, sagt Blasco.

An der Studie waren neben der Universität Heidelberg auch Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie und der Universidad de Las Palmas auf Gran Canaria beteiligt.

bb