Materialforschung
Empa bringt mit 3D-Drucker Zellulose-Aerogel in Form

Empa-Forschende haben eine «Tinte» für einen 3D-Drucker aus einem biologisch abbaubaren Material entwickelt. Das luftige Material, ein sogenanntes Aerogel, wird aus dem Naturstoff Zellulose hergestellt.
Publiziert: 04.04.2024 um 15:15 Uhr
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Aktualisiert: 08.04.2024 um 14:53 Uhr
Das Aerogel aus Zellulose lässt sich mit dem 3D-Drucker in vielfältige und komplexe Formen bringen.

Das Aerogel aus Zellulose kann dereinst als Präzisionsisolation für Mikroelektronik oder als personalisiertes medizinisches Implantat dienen, wie die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) am Donnerstag mitteilte.

Das Zellulose-Aerogel schadet den Angaben zufolge dank seiner biologischen Abbaubarkeit der Umwelt nicht. Im 3D-Drucker lassen sich aus ihm ohne Materialverschwendung komplexe Formen herstellen. Die Empa illustrierte das mit einem elefantenähnlichen Aerogel-Objekt.

Mit Zellulose wählten die Forschenden an der Empa das am häufigsten vorkommende Biomolekül und die häufigste organische Verbindung der Erde. Zellulose ist der Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände und macht etwa die Hälfte der Masse einer Pflanze aus.

Daraus lassen sich in einfachen Verarbeitungsschritten unterschiedliche Nanopartikel gewinnen. Zur Herstellung der «Druckertinte» nutzten die Wissenschaftler zwei Arten dieser Nanopartikel – Zellulose-Nanokristalle und -Nanofasern.

Zum erfolgreichen Druck muss die «Tinte» auch flüssig genug sein. Mit den Nanokristallen und -fibern gelang das an der Empa: Die langen Nanofasern verliehen verleihen ihr eine ausreichende Viskosität; die relativ kurzen Kristalle sichern, dass sie beim Drucken kurzzeitig flüssig bleibt.

Insgesamt enthält die «Tinte» 88 Prozent Wasser und 12 Prozent Zellulose. Damit daraus nach dem Druck ein Aerosol wird, ersetzten die Forscher das Wasser zunächst durch Ethanol und schliesslich durch Luft.

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Obwohl eigentlich für die Wärmeisolation gedacht, stellten sich schnell Möglichkeiten für eine medizinische Anwendung heraus. Das Zellulose-Aerogel verträgt sich mit lebendem Gewebe. Seine poröse Struktur kann Medikamente aufnehmen und freisetzen. Dank des 3D-Drucks lassen sich etwa Implantate massschneidern.

Im weiteren kann das Aerogel mehrmals getrocknet und wieder befeuchtet werden, ohne ausser Form zu geraten. So lässt es sich erst bei der letzten Befeuchtung mit Medikamenten bestücken, ohne dass diese mit der Zeit oder durch die Lagerung ihre Wirksamkeit verlieren. Die Empa-Forschenden konnten indessen auch flüssigkeitsabweisende Zellulose-Aerogels drucken.

(SDA)

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