MicroG-3DBP: Entwicklung einer Simulationsplattform für den 3D-Biodruck in Mikrogravitation
Der 3D-Biodruck ermöglicht die präzise Anordnung biologischer Zellen und gilt als vielversprechende Schlüsseltechnologie für die medizinische Versorgung und Nahrungsmittelerzeugung auf zukünftigen Langzeitmissionen – ein Bereich, der in der Raumfahrtforschung zunehmend an Bedeutung gewinnt.
Da Experimente auf der Internationalen Raumstation (ISS) extrem kostspielig sind und die Zeit der Astronauten eine begrenzte Ressource darstellt, entwickeln wir eine bodengestützte 3D-Bioprinting-Plattform, die es ermöglichen soll, Druckprozesse unter simulierten Schwerelosigkeitsbedingungen auf der Erde zu testen. So können Materialien, Methoden und Abläufe optimiert werden, bevor sie im All zum Einsatz kommen. Die Simulationsplattform soll so dazu beitragen, Biodruck-Experimente effizienter zu planen und zu validieren, um so die Technologie für zukünftige Raumfahrtanwendungen voranzutreiben und gleichzeitig Kosten zu reduzieren und Ressourcen zu optimieren.
Wir verwenden eine spezielle Drucktechnik ein, bei der Bio-Tinten und Hydrogele in eine Flüssigkeit gedruckt werden, die den Einfluss der Schwerkraft durch Auftrieb ausgleichen soll. Durch die gezielte Anpassung der Dichteverhältnisse können wir unterschiedliche Schwerkraftbedingungen simulieren – etwa Mond- und Marsgravitation. Ein Schwerpunkt der Forschung liegt auf den Wechselwirkungen zwischen Biotinten und der umgebenden Flüssigkeit, insbesondere hinsichtlich der Benetzung, Tropfenbewegung und Koaleszenzverhalten. Mithilfe von Hochgeschwindigkeitskameras analysieren wir diese Prozesse und vergleichen sie mit theoretischen Modellen.
Zur Validierung unserer Simulationsplattform führen wir Experimente unter realer Mikrogravitationen bei Parabelflügen durch. Die Teilnahme an der 44. DLR-Parabelflugkampagne bietet uns die Gelegenheit, Experimente in echter Mikrogravitation durchzuführen und die Effekte auf den Druckprozess zu analysieren. Diese Analyse ist von entscheidender Bedeutung, da sie uns hilft, das reale Fluidverhalten in Mikrogravitation zu verstehen und mit den Vorhersagen unserer Simulationsplattform abzugleichen. Die gewonnenen Erkenntnisse sind daher essenziell, um unsere Simulationsplattform weiter zu validieren und ihre Genauigkeit zu erhöhen.
Langfristig könnte diese Technologie die Durchführung von Biodruck-Experimenten im All erheblich vereinfachen und einen bedeutenden Beitrag zur biotechnologischen Forschung sowie zur medizinischen Versorgung auf Langzeitmissionen leisten.