Un team internazionale di ricercatori, guidato dalla Prof.ssa Dr. Eva Blasco dell’Istituto per l’Ingegneria dei Sistemi Molecolari e Materiali Avanzati (IMSEAM) dell’Università di Heidelberg, ha sviluppato con successo una nuova generazione di materiali biocompatibili per la produzione additiva, utilizzando microalghe come materie prime. Questo innovativo approccio potrebbe aprire nuove strade per la creazione di impianti biocompatibili e scaffold per colture cellulari 3D.
Le Microalghe come “Biofabbriche” Sostenibili
Le microalghe, come la diatomea Odontella aurita e l’alga verde Tetraselmis striata, sono particolarmente adatte alla produzione di materiali sostenibili per la stampa 3D laser grazie al loro elevato contenuto di lipidi e pigmenti fotoattivi. Questi organismi non solo crescono rapidamente e fissano CO2 durante la coltivazione, ma sono anche biocompatibili, rendendoli ideali per applicazioni in ambito biomedico. Tuttavia, fino ad ora, le microalghe erano state poco considerate come materie prime per la stampa 3D basata sulla luce.
Tecnologia di Stampa 3D Laser a Due Fotoni
Tra le tecniche di produzione additiva, la stampa 3D laser a due fotoni offre vantaggi particolari per la fabbricazione a micro- e nanoscale, grazie alla sua risoluzione straordinaria. Questo processo utilizza un laser focalizzato su una resina liquida fotoreattiva, conosciuta come “inchiostro”, che, una volta attivata dalla luce, si solidifica localmente formando strutture tridimensionali.
Tradizionalmente, per questo processo sono stati utilizzati polimeri derivati dal petrolio. Tuttavia, questi polimeri non solo contribuiscono all’esaurimento delle risorse fossili e alle emissioni di gas serra, ma possono anche contenere componenti tossici. Per questo motivo, l’uso di microalghe come base per materiali sostenibili rappresenta un significativo passo avanti.
Sviluppo di Inchiostri Biocompatibili da Microalghe
Il team di ricerca è riuscito per la prima volta a estrarre materiali biocompatibili per la stampa 3D laser ad alta risoluzione dalle microalghe. Le specie selezionate, Odontella aurita e Tetraselmis striata, sono ricche di lipidi sotto forma di trigliceridi. Questi trigliceridi sono stati funzionalizzati con acrilati per facilitare la rapida polimerizzazione sotto l’irradiazione luminosa. Inoltre, i pigmenti verdi fotoattivi presenti nelle microalghe si sono dimostrati efficaci come fotoiniziatori, eliminando così la necessità di additivi potenzialmente tossici, comunemente utilizzati nelle inchiostri tradizionali.
Applicazioni e Prospettive Future
Utilizzando il nuovo sistema di inchiostri, i ricercatori sono stati in grado di produrre diverse microstrutture 3D con alta precisione, che presentavano caratteristiche complesse come tetti sospesi e cavità. Successivamente, attraverso esperimenti di coltura cellulare, è stata valutata la biocompatibilità degli inchiostri a base di microalghe, con un tasso di sopravvivenza delle cellule vicino al 100% dopo 24 ore di coltura sugli scaffold 3D.
Questi risultati non solo offrono nuove opportunità per una stampa 3D più sostenibile con la luce, ma aprono anche la strada a numerose applicazioni nelle scienze della vita, dalla coltura cellulare 3D agli impianti biocompatibili.
Collaborazione e Finanziamenti
La ricerca è stata condotta nell’ambito del Cluster di Eccellenza “3D Matter Made to Order”, una collaborazione tra l’Università di Heidelberg e il Karlsruhe Institute of Technology (KIT). Hanno partecipato anche ricercatori del KIT e della Spanish Bank of Algae presso l’Università di Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC, Spagna). Il lavoro è stato finanziato dalla German Research Foundation, dalla Carl Zeiss Foundation, dal Fonds der Chemischen Industrie e dall’Unione Europea nell’ambito del Programma di Cooperazione Territoriale Europea. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista “Advanced Materials”.
Riferimenti
Journal: Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.202402786
Titolo dell’articolo: Microalgae-Based Materials for 3D Printing with Light.
