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Kathrin Grannemann 10

3D-Druck: Künstliche Haut und ultrastarke Gitter

3D-Druck: Künstliche Haut und stabile Metamaterialien

Bild: MIT

Ein Graphenmodell und transplantierbare Haut aus Biotinte zeigen neue Einsatzmöglichkeiten für 3D-Drucker.

PLA- oder ABS-Filament ist beim 3D-Druck im Privatbereich Standard. Die Forschung ist bereits einen Schritt weiter. Am Massachusetts Institute of Technology (MIT) wird derzeit mit sogenannten Metamaterialien experimentiert: speziellen Materialien, die Eigenschaften haben, die nicht in der Natur auffindbar sind. Ein Forscherteam hat dazu Graphenflocken simuliert bei hohen Temperaturen in eine Gitterstruktur gebracht. Dieses neue Material ist 10 mal stärker als Stahl, hat aber nur fünf Prozent der Dichte.

Laut der Experten können diese Eigenschaften des Computermodells auch mit anderen Materialien erreicht werden, zum Beispiel mit Polymeren oder Metallen. „Sie können das Material mit etwas anderem ersetzen. Die Geometrie ist der beherrschende Faktor. Das ist etwas, das das Potential hat, auf viele andere Dinge übertragen werden zu können“, so Markus Buehler, der Leiter der Abteilung für Zivil- und Umweltingenieurswesen des MIT.

Details der Versuche sind im Video zu sehen. Aus herkömmlichen Filament wurden im Industriedrucker Objet500 zwei Modelle gefertigt, die verschiedenen Belastungstests unterzogen werden. Während ein Modell plötzlich und explosionsartig zerfällt, brechen die Strukturen beim anderen, geometrisch optimierten Modell schrittweise.

Auch große Projekte wie Brücken sind damit vorstellbar. Das geringe Gewicht der gewählten Struktur könnte den Bau deutlich einfacher und möglicherweise auch günstiger machen. Das Paper mit den Ergebnissen steht zum kostenlosen Download zur Verfügung.

Neues aus der Arbeit mit Biomaterialien kommt indessen aus Spanien. Forscher der Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) haben ein 3D-Druckverfahren entwickelt, mit dem menschliche Haut binnen kurzer Zeit künstlich hergestellt werden kann. Aus spezieller, neu entwickelter Biotinte wird eine zweilagige Haut aus menschlichem Plasma gedruckt. Die Bestandteile hierfür stammen vom Patienten selbst: Neben Blutplasma kommen Fibroblasten und Keratinozyten zum Einsatz. Sie sind Zellen der menschlichen Haut, genauer gesagt der Oberhaut und des Bindegewebes. Dies macht die „Ersatzhaut“ bioaktiv und befähigt sie, eigene Strukturproteine zu produzieren.

Den Forschern sei es so gelungen, binnen 35 Minuten ein Stück Haut von 100 Quadratzentimetern Größe zu drucken. Sie sei nicht von der Haut aus dem Labor zu unterscheiden. Denkbare Einsatzbereiche sind Patienten mit großflächigen Verbrennungen oder Verletzungen. Zudem eigne sich die gedruckte Haut für Tests von Arzneien oder Kosmetika. Das Projekt ist eine Zusammenarbeit mit dem Center for Energy, Environmental and Technological Research (CIEMAT), dem Hospital General Universitario Gregorio Marañón und dem Biotechnologie-Startup BioDan, das an Biodruckern arbeitet.

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(Kathrin Grannemann) / (hch)

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