3D-printen met bacteriën zorgt voor botachtig composiet

Onderzoekers van de technische universiteit van Lausanne (EPFL) hebben een methode ontwikkeld om met een inkt van calciumcarbonaat producerende bacteriën te 3D-printen. Het geprinte bio-composiet dat hierdoor ontstaat is sterk, licht en milieuvriendelijk. Dit meldt EPFL in een persbericht. 

In de natuur komen sterke bio-composiet materialen, die licht, sterk, poreus en rigide zijn. Voorbeelden hiervan zijn schelpen of botten. Het produceren van dergelijke materialen in een laboratoriumomgeving is erg lastig gebleken. Daarom kozen onderzoekers van EPFL voor een oplossing uit de natuur: het gebruik van de sporosarcina pasteurii. 

BactoInk

De “BactoInk” werkt door deze bacteriën bloot te stellen aan een oplossing met ureum, waardoor er een mineralisatieproces op gang komt. Dit proces produceert calciumcarbonaat (CaCO₃). Hiermee kan vrijwel elke denkbare vorm geprint worden, waarna het uitharden middels het mineralisatieproces nog enkele dagen duurt. 

Esther Amstad, hoofd van het laboratorium van zachte materialen aan de EPFL, legt uit dat lang niet elk materiaal geschikt is om mee te 3D-printen. Dit komt doordat de inkt vloeibaar moet zijn. “3D-printen kan alleen als een materiaal vloeibaar genoeg is om door de 3D-printkop te persen, maar daarna zonder veranderingen uithardt.”

Voorheen waren veel structuren vaak te zacht, of krompen ze. Dit krimpen zorgt voor scheuren en vormverlies en is daardoor onwenselijk. Doordat deze bacteriën een mineralisatieproces starten dat langzaam uithardt over een periode van enkele dagen, zijn deze problemen niet aanwezig. Om ervoor te zorgen dat het uiteindelijke product geen bacteriën bevat, krijgt het product aan het eind van het proces een ethanolbad. 

In de toekomst wordt je botbreuk gerepareerd met behulp van 3D-bioprinting

De Rotterdamse start-up Chiron Biotech onderzoekt samen met Concr3de, TU/e, Trinity College in Dublin en UMC Utrecht hoe 3D bio-printing de biomedische sector kan veranderen.

Kunst- en koraalrifrestauratie

Eén van de toepassingen ligt in de kunstrestauratie. Omdat het mogelijk is om dit materiaal in een mal te injecteren, kun je bijvoorbeeld scheuren in vazen dichten. Daarnaast zou er ook kunstmatig koraal van gemaakt kunnen worden, dat koraalriffen kan helpen herstellen. Verder lijkt dit het composietmateriaal op bot, waardoor biomedische toepassingen ook mogelijk zijn.

Amstad denkt dat met name deze veelzijdigheid in combinatie met de lage milieu-impact ervoor gaat zorgen dat dit materiaal veel gebruikt gaat worden. “Er zijn zoveel mogelijkheden door het lichte gewicht, de sterkte en de gelijkenissen met natuurlijke materialen”, zegt Amstad. 

© Afbeelding Eva Baur