Forscher haben eine unerwartet effektive – und bemerkenswert kostengünstige – Lösung zur Herstellung ultrafeiner Düsen für den 3D-Druck entdeckt: den Rüssel der weiblichen ägyptischen Mücke. Dieser Durchbruch, der als „3D-Nekroprinting“ bezeichnet wird, behebt einen großen Engpass im Bereich Bioprinting und Tissue Engineering, wo die Schaffung von Strukturen im mikroskopischen Maßstab durch teure und zerbrechliche Geräte behindert wird.
Das Problem mit vorhandenen Düsen
Herkömmliche 3D-Druckdüsen, die extrem feine Strukturen erzeugen können, sind teuer (über 80 US-Dollar pro Düse) und gehen oft leicht kaputt. Versuche, solche Präzisionswerkzeuge aus Materialien wie Glas herzustellen, haben sich für einen breiten Einsatz als zu spröde und zu teuer erwiesen. Diese Einschränkung verlangsamte den Fortschritt in Bereichen wie der Schaffung künstlicher Blutgefäße und anderer Ersatzgewebe.
Die unerwartete Lösung der Natur
Auf der Suche nach einer Alternative wandten sich Forscher der McGill University unter der Leitung von Changhong Cao der Natur zu. Nachdem sie verschiedene biologische Werkzeuge – darunter Skorpionstachel und Schlangenzähne – in Betracht gezogen hatten, stellten sie fest, dass der Rüssel der Mücke Aedes aegypti perfekt für diese Aufgabe geeignet war. Diese natürlichen Düsen können Strukturen mit einer Dicke von bis zu 20 Mikrometern drucken und können damit mit der Leistung kommerzieller Alternativen mithalten, sind aber deutlich günstiger.
„Wenn Mutter Natur das, was wir brauchen, zu einem erschwinglichen Preis bereitstellen kann, warum sollten wir es dann selbst herstellen?“ – Changhong Cao, McGill University
Skalierbarkeit und Kosteneffizienz
Der Prozess ist zudem hoch skalierbar. Ein erfahrener Techniker kann aus Mückenmundstücken sechs verwendbare Düsen pro Stunde herstellen, und das zu Kosten von weniger als 1 US-Dollar pro Stück. Die Düsen sind zwar biologisch, aber überraschend langlebig, behalten ihre Funktionalität bis zu zwei Wochen und bleiben bei gefrorener Lagerung ein Jahr lang haltbar.
Anwendungen im Bioprinting und darüber hinaus
Die Forscher testeten die Mückenrüsseldüsen erfolgreich mit Pluronic F-127-Biotinte, einem Material, das zur Herstellung von Gerüsten für das Wachstum biologischer Gewebe, einschließlich Blutgefäßen, verwendet wird. Dies eröffnet potenzielle Wege für den Druck von Ersatzorganen und anderen komplexen biologischen Strukturen.
Überlegene Technik der Natur
Diese Innovation unterstreicht einen wachsenden Trend: Ingenieure lassen sich zunehmend von der Natur inspirieren und erkennen, dass Millionen von Jahren der Evolution bereits viele komplexe Designherausforderungen gelöst haben. Von Mottenantennen, die in geruchssuchenden Drohnen verwendet werden, bis hin zu toten Spinnen, die als mechanische Greifer umfunktioniert werden – die Natur bietet oft überlegene, kostengünstige Lösungen. Wie Christian Griffiths von der Swansea University betont: „Die Evolution der Mücken hat mehrere Millionen Jahre zurückgelegt: Wir versuchen, damit Schritt zu halten.“
Der Einsatz von Mückenrüsseln stellt eine clevere Lösung für eine erhebliche technologische Hürde dar und zeigt, dass manchmal die besten Werkzeuge bereits verfügbar sind – wir müssen nur an der richtigen Stelle suchen.
