Faszination Technik 3D-Drucker-Tinte mittels Bakterien produzieren

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In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: eine 3D-Drucker-Tinte, die synthetisch mithilfe von genetisch modifizierten Bodenbakterien hergestellt wird.

Bereits zum siebten Mal nehmen Studierende der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) am jährlichen „international Genetically Engineered Machine“-Wettbewerb (iGEM) teil, dem größten Wettbewerb der synthetischen Biologie. Wie die HHU mitteilt, geht es in diesem Jahr um „Biotinte“ für 3D-Drucker, welche von Bakterien hergestellt wird. Das Team will im Projekt „CosMIC“ ein unabhängiges und nachhaltiges System entwickeln, um an entlegenen Orten der Erde – zum Beispiel in Antarktis-Forschungsstationen oder im Weltraum – Werkzeuge und Verbrauchsgegenstände herstellen zu können. Der Name des Projektes setzt sich aus den Begriffen „Cosmos“, für den Fokus auf den Weltraum, und „Microorganisms“, für die vom Team modifizierten und als Hersteller der Biotinte verwendeten Bakterien, zusammen.

3D-Druck als unabhängiges Herstellungsverfahren

Der 3D-Druck ist in den Augen der Studierenden eine geeignete Möglichkeit für ein eigenständiges Herstellungsverfahren auf solchen Missionen. Sie wollen daher im Projekt Cosmic die Möglichkeiten des konventionellen 3D-Drucks mit einer eigens konzipierten Biotinte kombinieren, um kostenintensive und umweltschädliche Transportwege ersetzen zu können.

Bodenbakterien liefern das Druckmaterial

Damit ein wirklich unabhängiges und nachhaltiges System entsteht, sollen Bodenbakterien das benötigte Druckmaterial liefern: Durch die Kombination zweier Zuckerpolymere soll die konzipierte Biotinte nur durch kultivierte Bakterien hergestellt werden und darüber hinaus verschiedene Eigenschaften der Produkte ermöglichen. Dabei benötigen die verwendeten Bakterien der Spezies Azotobacter vinelandii nur geringe Ressourcen für ihr Wachstum und können außerdem eigenständig Stickstoff aus der Umgebung fixieren, weshalb das System deutlich weniger zu transportierendes Ausgangsmaterial erfordert.

Genetische Bakterienmodifikation variiert Tinten eigenschaft

Um das Herstellungsverfahren zu optimieren und die Vielfältigkeit ihrer gedruckten Produkte zu erreichen, werden die genutzten Bakterien genetisch modifiziert. Nach Angaben der Studierenden soll so einerseits die natürliche Produktion des Polymers Alginat erhöht werden. Andererseits können die Bakterien zusätzlich Cellulose zu produzieren, welches für die Festigkeit des Materials sorgen soll. Ob Cellulose hergestellt wird, soll zudem mit einem genetischen Schalter gesteuert werden. Dieser könne durch Bestrahlung mit blauem Licht aktiviert werden.

Tintenoptimierung durch Austausch mit dem DLR

Zur Optimierung und zur Anpassung ihre Tinte an die tatsächlichen Gegebenheiten und Bedürfnisse von Forschungsexpeditionen im Weltraum, tauschte sich das Team im Laufe des Projektes immer wieder mit Experten verschiedener Bereiche aus, sowohl innerhalb der HHU als auch mit Lebenswissenschaftlern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR). Beim Finale des iGEM, das als Jamboree dieses Jahr vom 26. bis 28. Oktober in Paris stattfindet, wird das Cosmic-Team seine Biotinte einer Fachjury und Vertretern der Industrie zu präsentieren.

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