I ricercatori dell’Università di Heidelberg hanno prodotto inchiostri per la stampa di complesse microstrutture 3D biocompatibili da microalghe.
Microalghe come la diatomea Odontella aurita e l’alga verde Tetraselmis striata possiedono un alto contenuto di lipidi e pigmenti fotoattivi. Un gruppo di ricerca internazionale, guidato dall’Università di Heidelberg, ha realizzato inchiostri per la stampa di complesse microstrutture 3D biocompatibili partendo da materie prime estratte dalle microalghe.
Questi materiali in futuro potrebbero essere utilizzati come base per impianti o impalcature per colture cellulari 3D.
Tra le tecniche di produzione additiva, la stampa laser 3D a due fotoni offre particolari vantaggi per la produzione su scala micro e nanometrica. Grazie alla sua notevole risoluzione, trova applicazione in numerosi campi tra cui l’ottica e la fotonica, la microfluidica e la biomedicina. Il processo prevede la focalizzazione di un raggio laser su una resina liquida e fotoreattiva, il cosiddetto “inchiostro”. Nel punto focale, la luce laser attiva speciali molecole chiamate fotoiniziatori e innesca una reazione chimica, provocando la solidificazione locale dell’inchiostro.
Estrarre materiali biocompatibili dalle microalghe
Finora questo processo di stampa laser 3D ad alta precisione ha usato come inchiostri principalmente polimeri di origine petrolchimica che però contribuiscono all’esaurimento dei combustibili fossili e all’emissione di gas serra e possono contenere componenti tossici. Al contrario, le microalghe sono particolarmente adatte come “biofabbriche” per la produzione di materiali sostenibili per la stampa 3D grazie al loro rapido tasso di crescita, alla fissazione della CO2 durante la coltivazione e alla biocompatibilità. Eppure, nonostante questi vantaggi, le microalghe non sono state considerate molto come materie prime per la stampa 3D basata sulla luce. Per ora.
Il gruppo di ricerca dell’Università di Heidelberg è riuscito per la prima volta a estrarre materiali biocompatibili da microalghe per la stampa laser 3D ad alta risoluzione. Per i loro esperimenti, i ricercatori hanno selezionato due specie – la diatomea Odontella aurita e l’alga verde Tetraselmis striata – che contengono livelli particolarmente elevati di lipidi sotto forma di trigliceridi. Il team ha estratto i trigliceridi e li ha funzionalizzati con acrilati per facilitare la rapida polimerizzazione sotto irradiazione luminosa. I pigmenti verdi fotoattivi presenti nelle microalghe si sono rivelati adatti come fotoiniziatori. Una volta esposti alla luce, innescano la reazione chimica che solidifica l’inchiostro in una struttura tridimensionale. “In questo modo evitiamo l’uso di additivi potenzialmente tossici come i fotoiniziatori utilizzati negli inchiostri convenzionali”, spiega la prima autrice dello studuo Clara Vazquez-Martel, dottoranda nel gruppo di ricerca di Eva Blasco presso il Molecular Systems Engineering and Advanced Materials (IMSEAM) dell’Univesrità tedesca.
Microstrutture 3D di elevata precisione
Utilizzando il nuovo sistema di inchiostro, i ricercatori hanno prodotto diverse microstrutture 3D di elevata precisione con caratteristiche complesse come tetti sporgenti e cavità. Mediante esperimenti di coltura cellulare, i ricercatori hanno anche studiato la biocompatibilità degli inchiostri a base di microalghe. Hanno preparato microscaffold 3D su cui le cellule sono state coltivate per circa 24 ore. Hanno osservato un tasso di sopravvivenza di quasi il 100%. “I nostri risultati aprono nuove possibilità non solo per una stampa 3D più sostenibile con la luce, ma anche per applicazioni nelle scienze della vita – dalle colture cellulari 3D agli impianti biocompatibili” Blasco.
La ricerca è stata condotta all’interno del Cluster of Excellence “3D Matter Made to Order”, una collaborazione tra l’Università di Heidelberg e il Karlsruhe Institute of Technology (KIT), ed è stata pubblicata sulla rivista “Advanced Materials”.
