Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG)

Biotinten für 3D Druck

Biotinten

Additive Fertigungsverfahren (3D-Druck) finden in der Medizin und den Biowissenschaften, insbesondere im Tissue Engineering, zunehmend Anwendung, da sie die Herstellung maßgeschneiderter 3D-Gerüststrukturen als vielversprechende Alternativen zu 2D-Zellkultur­systemen ermöglichen. Im Gegensatz zu herkömmlichen 3D-Druckmaterialien (Thermoplaste) müssen zell-enthaltende Biotinten spezielle mechanische und biologische Anforderungen erfüllen, zu denen eine an das Zielgewebe angepasste Matrixsteifigkeit, eine hohe Porosität für ein homogenes Zellwachstum und eine ausreichend hohe Diffusionskapazität zur Sicherstellung der Nährstoffversorgung gehören. Die zentrale Herausforderung beim Materialdesign besteht daher darin, einen Kompromiss zwischen guten Druckeigenschaften und biomedizinischen Anforderungen zu finden. Lichtaushärtbare Hydrogele (wasserquellbare Polymernetzwerke) auf Gelatinebasis haben sich aufgrund der zeitlichen und örtlichen Kontrolle der Photopolymerisation sowie ihrer ausgezeichneten Biokompatibilität als vielversprechende Materialien für das 3D-Bioprinting etabliert. Da die Bausteine der Hydrogele typischerweise keine intrinsische Vernetzbarkeit mittels Licht besitzen, müssen die Biopolymere für ihren Einsatz in lichtbasierten Biofabrikationsprozessen zunächst durch Einbau photoreaktiver Gruppen in entsprechende Photopolymere umgewandelt werden. Ein typischer Ablauf eines 3D-Bioprinting Experiments umfasst die Suspension der Zellen in der flüssigen Hydrogel-Vorläuferlösung und die anschließende Strukturierung durch einen extrusions- oder inkjet-basierten Druckprozess. Während das 3D-Bioprinting auf die Herstellung makroskopischer 3D-Strukturen zur Geweberekonstruktion abzielt, in denen die Zellen statistisch im Hydrogel verteilt sind, bietet das Direct Laser Writing die Möglichkeit, maßgeschneiderte, hochauflösende 3D-Mikrostrukturen zu erzeugen, um das Verhalten einzelner Zellen zu untersuchen.