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Dienstag, 12 September 2017 12:38

Biokompatible Kunststoffe aus Alginat

Ein Wissenschaftler-Team der Brown University in Providence, Rhode Island, hat ein Biomaterial mit Alginat für den 3D-Druck entwickelt, das sich auf Wunsch durch einen chemischen Auslöser wieder abbauen kann. Die Wissenschaftler sehen ein Anwendungspotenzial bei komplexen mikrofluidischen Kanälen für „Lab-on-a-Chip“ Systeme, zur Herstellung von 3D-Zellkulturen oder künstlichen Geweben.

Für die Herstellung ihrer auflösbaren Strukturen verwenden die Wissenschaftler um Ian Y. Wong von der School of Engineering der Brown University ein stereolithografisches Druckverfahren, auch rapid prototyping genannt. Am Computer wird die gewünschte dreidimensionale Form konstruiert. Ein laser bildet das gewünschte Stück scheibchenweise aus einem flüssigen Ausgangsstoff. Hiernach wird es getrocknet und unter UV-Licht erst polymerisiert.

Im herkömmlichen Fall werden photoaktive Stoffe verwendet, die kovalente Bindungen ausbilden, wodurch die konstruierte Struktur irreversibel ist. Im neuen Verfahren versuchen Wong und seine Mitarbeiter, Stoffe für die dreidimensionalen Strukturen zu verwendet, die Ionenbindungen ausbilden. Diese Ionenbindungen können wieder aufgelöst und die Struktur dadurch abgebaut werden. Zur Herstellung der dreidimensionalen Strukturen habe man Material mit ionischer Vernetzung zuvor noch nie genutzt, schreiben die Autoren.

In ihren ersten Versuchen verwendeten die Wissenschaftler Natriumalginat, eine Komponente, die in Meeresalgen vorkommt. Bei diesen Pflanzen ist bekannt, dass sie ionische Vernetzungen aufbauen. Dynamische Polymergele auf Basis von ionischen Vernetzungen gibt es seit einiger Zeit.

Originalpublikation:
Thomas M. Valentin, Susan E Leggett, Po-Yen Chen, Jaskiranjeet K. Sodhi, Lauren H. Stephens, Hayley D. McClintock, Jea Yun Sim & Ian Y Wong (2017): Stereolithographic Printing of Ionically-Crosslinked Alginate Hydrogels for Degradable Biomaterials and Microfluidics. Lab on a Chip. Accepted manuscript. DOI 10.1039/C7LC00694B.

Weitere Informationen:
https://www.brown.edu/academics/engineering/news/2017-09/researchers-develop-3d-printed-biomaterials-degrade-demand
https://3druck.com/3d-druckmaterialien/forscher-entwickeln-auf-abruf-abbaubares-biomaterial-fuer-3d-druck-5662040/

Informationen über Stereolithografie:
https://www.youtube.com/watch?v=eKk2vRysioE
https://www.rapidobject.com/de/Wissenswertes/3D-Druckverfahren/Stereolithografie-SLA_1245.html

Außerdem interessant:
Shih-To Fei, Mwita V. B. Phelps, Yang Wang, Eric Barrett, Farhan Gandhi & Harry R. Allcock (2006): A redox responsive polymeric gel based on ionic crosslinking. Soft matter 2: 397-401. DOI: 10.1039/B516972K.