Danske og schweiziske forskere opnår gennembrud inden for lynhurtig holografisk 3D-fabrikation

3D-printning af levende væv – populært kaldet biofabrikation – har et enormt potentiale. I fremtiden kan kirurger måske printe reservedele til menneskekroppen under en operation. I fødevareindustrien ville bioprintede kødprodukter kunne blive en vigtig brik i kampen mod klimaforandringer. Og på rumstationer kunne astronauter skabe nødvendige komponenter og biologiske materialer uden at skulle vente på forsyninger fra Jorden. Den fremtid er netop rykket tættere på.

Jesper Glückstad og Andreas Gejl Madsen har netop udgivet en artikel i det anerkendte tidsskrift Nature Communications i tæt samarbejde med forskere fra Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) i Schweiz, hvor de ved hjælp af en ny holografisk metode, opfundet og SDU-patenteret af Glückstad, ikke blot har forfinet, men fundamentalt har ændret måden, vi tænker på biofabrikation.

Den nye metode, kaldet ”holografisk volumetrisk additiv fremstilling” (HoloVAM), bryder med de klassiske lag-på-lag-metoder. Hvor konventionelle printere arbejder minutiøst og ofte langsomt, fungerer HoloVAM som en "omvendt CT-scanner", forklarer Andreas Gejl Madsen.

"I stedet for at skabe et 3D-billede ved at tage røntgenbilleder fra forskellige vinkler, projicerer vi dynamiske lysmønstre fra flere vinkler og skaber objektet direkte i en beholder med fotoaktivt materiale."

Med holografisk lysprojektion er det muligt at udnytte over 95 procent af lyset, sammenlignet med tidligere metoder, der ofte spildte op mod 99 procent.

"Vi har bevæget os fra laseranlæg på flere watt til noget, der kun kræver energimængder svarende til en almindelig laserpointer," siger Jesper Glückstad og uddyber:

"Det gør ikke kun teknologien billigere og mere sikker, men åbner også nye muligheder for, at metoden kan bruges uden for laboratorierne – f.eks. på hospitaler eller i rummet."

Teknologien er allerede blevet testet med succes i laboratoriet, hvor forskerne har formået at printe komplekse strukturer som miniaturebåde, vævslignende strukturer og endda biologiske modeller på under 60 sekunder. Metoden fungerer ved at omdanne en bioaktiv gel – en mælkelignende substans, vi kunne kalde en stamcellesuppe – til et fast objekt ved hjælp af lysprojektion. Ved at skabe et mikroskopisk stillads omkring cellerne gør teknologien det muligt at forme levende væv, der potentielt kan anvendes til alt fra transplantationer til laboratorieopdyrket kød.

"Vi står kun på tærsklen til, hvad denne teknologi kan opnå. Det er en metode, der i princippet kan skaleres op, så vi i fremtiden måske kan printe alt fra store organer til avancerede industrielle komponenter med minimalt energiforbrug og maksimal præcision," siger forfatterne.

Med den seneste forskning publiceret i Nature Communications er det ikke kun en teoretisk mulighed, men en reel teknologisk platform, der allerede er under videreudvikling.

"Vi arbejder på at forfine teknologien yderligere og gøre den endnu mere energieffektiv," siger Madsen og fortsætter:

"Jeg ser meget frem til at starte i mit Spinouts Denmark fellowship senere på foråret, hvor vi vil udbrede vores holografiske teknologiplatform til endnu flere områder, såsom lynhurtigt farveholografisk 3D display, parallel laser materialeprocessering, præcis optogenetik og neurofotonik, og meget mere."

Jesper Glückstad og SDU har patent på teknologiplatformen. Det er håbet at se teknologien i brug inden for få år – ikke kun i forskningsmiljøer, men i den bredere industri og sundhedssektor.