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DIY Bio-Drucker druckt mit lebenden Zellen

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(Bild: Instructables)

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Die BioCurious-Gruppe, eine BioTech-Hackergruppe aus Kalifornien, hat einen Drucker gebaut, den sie zum Aufdruck von lebenden Zellen auf Trägermaterialien verwenden. Der Biodrucker ersetzt das Aufbringen von Zellmaterial mit der Pipette per Hand.

Die erste Variante des Druckers bestand hauptsächlich aus einem HP 5150 Inkjet-Drucker. Diesen haben die BioHacker seines kompletten Gehäuses beraubt. Damit er weiterhin druckt, mussten sie die Sensoren überbrücken, die die Papierzufuhr überwachen und kontrollieren, ob eine bestimmte Gehäuseklappe geschlossen ist. Die Druckpatronen haben sie von sämtlichen Tinten-Rückständen befreit. Zum Test der Sauberkeit der Druckerpatronen diente ein Probedruck mit Wasser.

Für den ersten Test des Druckers druckte die BioCurious-Gruppe eine Zucker-Lösung (Arabinose) auf eine Trägerplatte, auf der ein Bakterien-Teppich wuchs. Auf diesen Bakterien-Teppich war das Plasmid pGLO aufgetragen, das unter anderem das Green Fluorescent Protein (GFP) enthält. GFP fluoresziert unter UV-Licht, wenn es in Verbindung mit Arabinose kommt.

Für das Aufbringen von lebendigen Zellen mussten sie jedoch den Druckkopf austauschen. Der 5150 gehört zu den HP-Druckern, bei denen der Druckkopf in die Druckpatrone integriert ist. Die Druckpatronen des HP 5150 haben eine Auflösung von 1200 dpi. Das bedeutet, dass ein Druckkopf 416 Düsen hat, die jeweils einen Durchmesser von circa 23 Mikrometer haben. Zusätzlich wird dieser Durchmesser noch durch einen integrierten Filter begrenzt, so dass das Druckmaterial durch Löcher passen musste, die gerade einmal 3 Mikrometer groß sind. Der Durchmesser der Zellen, mit denen die Biohacker arbeiten, beträgt 1-10 Mikrometer. Bei einem Druck mit dem vorhandenen Filter würden selbst von den kleinsten Zellen zu viele zerstört.

Außer dem Maß der Düsen der Druckerpatrone schränkten die Papierzufuhr und die vorhandenen Druckertreiber die Nutzbarkeit des Drucker ein. Daher entschieden sich die Bastler dafür eine eigene Druckplattform aufzubauen. Als Basis verwendeten sie einen Arduino-kompatiblen Bausatz für den Nachbau von Inkjet-Druckern. Teil dieses Bausatzes war eine Druckerpatrone, deren Düsendurchmesser so groß ist, dass sie den Druck von lebenden Zellen ermöglichte.

Als Fahrschienen für den Druckkopf und die Trägerplatte verwendeten sie zwei CD-Rom-Schlitten mit Schrittmotoren, die in einem Winkel von 90 Grad zueinander montiert wurden. So umfasst der Bewegungsspielraum der beiden Elemente die X- und die Y-Achse. Der Bereich, der mit dieser Konstruktion bedruckt werden kann, beträgt zwar nur 4 mal 4 Zentimeter, die Schrittmotoren garantieren aber eine kleinschrittige und exakte Steuerung der beiden Elemente. Außerdem ergänzten sie den Bausatz um einen Arduino und zwei Schrittmotor-Treiber. Mit diesem Aufbau konnten sie eine Mischung aus lebenden E.coli-Bakterien mit pGLO auf eine Agar-Agar-Platte aufdrucken. (esk)