Additive Fertigung Mit Licht lebende Gewebe drucken

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Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)

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Ein Team der EPFL hat eine volumetrische 3D‑Drucktechnik entwickelt. Damit ist es den Forschern gelungen, ein menschliches Ohr in Originalgröße aus einem Gelatine‑basierten Hydrogel zu drucken. 

Die tomographische volumetrische additive Fertigung (TVAM) ist ein 3D‑Druckverfahren, bei dem Laserlicht eingesetzt wird, um ein rotierendes Gefäß mit lichtempfindlichem Harz zu verfestigen und so die gewünschte Form zu erzeugen. Im Jahr 2025 kündigten Wissenschaftler des Labors für angewandte photonische Geräte (LAPD) der EPFL an, diese Technik verbessert zu haben, indem sie Hologramme nutzten, um 3D‑Formen zu codieren. Dabei wird die Ausrichtung (Phase) der Lichtwellen moduliert, anstatt – wie bei früheren Methoden – deren Intensität (Amplitude). Dadurch konnte ein deutlich größerer Anteil der Laserleistung erhalten bleiben.Das Team entwickelte eine neue Plattform für diesen holografischen Ansatz, wodurch die TVAM‑Technologie um das 70‑Fache effizienter wurde. Dabei wurde erstmals ein System eingesetzt, das die Phase eines Lichtstrahls direkt in einem volumetrischen 3D‑Drucksystem steuert.

Die nachgewiesene Effizienz und Präzision unserer Methode machen es erstmals möglich, Gewebestrukturen in nahezu klinischer Größenordnung bioprinten zu können.

Christophe Moser, Leiter des LAPD

In ihren Experimenten konnten die Forschenden mit dem neuen System vollständige Objekte von etwa einem Millimeter Größe in wenigen Sekunden verfestigen. Objekte von etwa einem Zentimeter Größe benötigten nur wenige Minuten. Besonders bemerkenswert ist, dass die Phasenkontrolle holografisches Drucken mit selbstheilenden Lichtstrahlen ermöglicht, wodurch 3D‑Objekte mit höherer Genauigkeit selbst in lichtstreuenden Medien – etwa solchen mit lebenden Zellen – hergestellt werden können.„Die nachgewiesene Effizienz und Präzision unserer Methode machen es erstmals möglich, Gewebestrukturen in nahezu klinischer Größenordnung bioprinten zu können“, erklärt Christophe Moser, Leiter des LAPD. „Wir konnten deutlich größere Strukturen drucken als mit bisherigen holografischen Ansätzen – trotz stärkerer Lichtstreuung durch die integrierten Zellen.“Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Light: Science & Applications veröffentlicht.

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Menschliches Ohr in Originalgröße

Mithilfe eines Diodenlasers mit 150 mW druckten die Wissenschaftler ein menschliches Ohr in Originalgröße – ein wichtiger Schritt hin zu bio‑gedruckten Implantaten für die rekonstruktive Medizin. Mit einer kleineren Druckstruktur (Volumen von 64 mm³) konnten sie zudem nachweisen, dass die integrierten lebenden Zellen nach sechs Tagen weiterhin lebensfähig waren und sogar organisierte Netzwerke gebildet hatten.Um die Oberflächenqualität der gedruckten Objekte weiter zu verbessern, kombinierten die Forschenden die Effizienz ihres Lichtsystems mit einer neuen Strategie zur Reduzierung zufälliger Lichtinterferenzen („Speckle“), die zu einer körnigen Oberflächenstruktur führen können.

Unsere Methode bringt den volumetrischen 3D‑Druck näher an die Herstellung von Implantaten in Originalgröße sowie biologisch kompatiblen Produkten heran – und das unter Verwendung von Laserquellen mit geringer Leistung.

Maria Alvarez‑Castaño, Erstautorin und Doktorandin am LAPD

Zukünftige Arbeiten werden sich darauf konzentrieren, die Projektionsgenauigkeit weiter zu verbessern und die Grenzen der Strahlformung für den Druck in Bioharzen mit hoher Zelldichte zu untersuchen. Das Labor plant außerdem weitere Fortschritte bei TVAM‑Plattformen zu veröffentlichen, darunter effizientere Methoden für das direkte Drucken auf oder um bestehende Objekte sowie neue Techniken zur präziseren Erzeugung mikroskopischer Details, indem das Verhalten chemischer Reaktionen im Harz während des Drucks vorhergesagt wird. Letztere Methode nutzt insbesondere die holografische volumetrische additive Fertigung, bei der Objekte allein durch die Projektion eines Hologramms auf ein Harzgefäß erzeugt werden – ganz ohne Rotation.