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13.02.2019 | Additive Fertigung | Nachricht | Onlineartikel

Das Ohr aus dem 3D-Drucker

Autor:
Nadine Winkelmann

Aus Holz gewonnene Nanocellulose verfügt über erstaunliche Materialeigenschaften. Forscher bestücken den biologisch abbaubaren Rohstoff nun mit zusätzlichen Fähigkeiten, um Implantate für Knorpelerkrankungen mittels 3D-Druck fertigen zu können.

Der Forscher Michael Hausmann von Empa hat in einem 3D-Drucker ein menschlichen Ohrs aus Nanocellulose gedruckt. "Nanocellulose lässt sich in zähflüssiger Form hervorragend mit dem Bioplotter zu komplexen räumlichen Formen gestalten", erklärt er. Einmal ausgehärtet, bleibt die produzierte Struktur trotz ihrer Zartheit stabil. Hausmann untersucht derzeit die Charakteristika des Nanocellulose-Hydrogels, um die Stabilität und den Druckprozess weiter zu optimieren. Wie die Zellulose in dem Biopolymerkomposit verteilt und organisiert ist, ermittelte der Forscher bereits durch röntgenanalytische Untersuchungen.

Momentan besteht das ausgedruckte Ohr zwar lediglich aus Nanocellulose und einer zusätzlichen Biopolymerkomponente. Ziel ist es jedoch, das Grundgerüst mit körpereigenen Zellen und Wirkstoffen zu bestücken, um biomedizinische Implantate zu erzeugen. In einem neuen Projekt wird derzeit beispielsweise erforscht wie sich Knorpelzellen in das Gerüst integrieren lassen. Sobald die Besiedlung des Hydrogels mit Zellen etabliert ist, könnten die Nanocellulose-basierten Kompositen in Ohrform Kindern mit einer angeborenen Ohrmuschelfehlbildung als Implantat dienen. Im weiteren Verlauf des Projekts sollen die Nanocellulose enthaltenden Hydrogele auch für Kniegelenksimplantate bei Gelenkverschleiß etwa durch chronische Arthritis eingesetzt werden.

Implantat löst sich im Körper auf

Ist das Implantat einmal im Körper eingepflanzt, kann sich ein Teil des Materials biologisch abbauen und mit der Zeit im Körper auflösen. Nanocellulose selbst wird zwar nicht abgebaut, eigne sich aber als biokompatibles Material dennoch gut zum Implantat-Gerüst. "Zusätzlich machen die mechanischen Eigenschaften die Nanocellulose zu einem eleganten Kandidaten, da die winzigen, aber stabilen Fasern beispielsweise Zugkräfte sehr gut aufnehmen", so Hausmann. Zudem erlaubt die Nanocellulose, Funktionen über ganz unterschiedliche chemische Modifizierungen in das zähflüssige Hydrogel einzubinden. So lassen sich Struktur, mechanische Kapazität und die Interaktion der Nanocellulose mit ihrer Umgebung je nach gewünschtem Endprodukt variieren. Ein weiterer Vorteil: Der Rohstoff Cellulose ist das am häufigsten vorkommende natürliche Polymer auf der Erde.

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Additive Fertigung mit mittlerer Oberflächengüte
Quelle:
Interaktive Lehre des Ingenieursstudiums

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