An der Hochschule Hamm-Lippstadt (HSHL) vergeben regionale Unternehmen und Institutionen jedes Jahr zahlreiche Stipendien an Studierende. Bei der diesjährigen Stipendienfeier wurden besonders erfolgreiche und engagierte Stipendiatinnen und Stipendiaten ausgezeichnet. In der Kategorie Nachhaltigkeit ging der erste Platz diesmal an Niklas Hug aus dem Studiengang »Materialdesign Bionik und Photonik«. Für seine Bachelorarbeit forschte er an der biointelligenten Optimierung von 3D-Bioprintingverfahren für Pilzmyzelkompositmaterialien. Die praktischen Arbeiten dafür führte er am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart durch.
Im Rahmen seiner Bachelorarbeit entwickelte Niklas Martin Hug eine Methode zur Bewertung von Pilzmyzelkompositmaterialien für den 3D-Bioprinting-Einsatz. Diese sogenannten »Engineered Living Materials« (ELMs) bestehen aus lebenden Zellen – in diesem Fall Pilzmyzel – die in einer biobasierten Matrix eingebettet sind und gezielt gewünschte Eigenschaften annehmen können, etwa Festigkeit oder Selbstheilung. Ziel ist es, aus nachwachsenden Rohstoffen wie Hanf, Resten aus Sägewerken, Pilzmyzel und pflanzlichen Bindemitteln neue biointelligente Werkstoffe zu schaffen, die beispielsweise Kunststoff, Holz, Styropor oder sogar Beton in bestimmten Anwendungen ersetzen könnten – etwa im Verpackungsbereich, als Dämmmaterial oder für biologisch abbaubare Bauteile.
Fraunhofer IGB stellte Expertise und Infrastruktur zur Verfügung
Für die dafür notwendigen Forschungsarbeiten kontaktierte Hug das Fraunhofer IGB, denn dort werden im Innovationsfeld Funktionale Oberflächen und Materialen seit vielen Jahren Tinten und Materialen für den 2D- und 3D-Druck entwickelt. Im Zentrum der Arbeiten des IGB steht die Erforschung und Produktion geeigneter Tintenformulierungen, dies sich in vielfältige Funktionskomponenten wie Hydrogele, Nano- und Mikropartikel, Proteine und Zellen weiterverarbeiten lassen. Mit dieser Expertise und Erfahrung war das Institut genau der richtige Partner für Hugs Vorhaben. Somit heuerte der Nachwuchswissenschaftler dort als studentischer Mitarbeiter an. Während seiner Zeit am IGB in Stuttgart stand ihm Bioprinting-Experte Dr. Achim Weber als Betreuer und Gutachter für seine Bachelorarbeit zur Seite.
Entwicklung bis zur Anwendungsreife: Materialtests und Rezepturentwicklung
Die Expertise und Infrastruktur des Instituts ermöglichten es Hug, die mechanischen Eigenschaften der von ihm entwickelten ELMs verlässlich zu prüfen. So konnte Hug standardisierte Probekörper herstellen und sie auf ihre Zug- und Druckbelastung hin testen. Besonders hervorzuheben ist dabei die Entwicklung einer reproduzierbaren Tintenrezeptur für den 3D-Druck – ein Schlüssel für konsistente Ergebnisse und spätere industrielle Anwendungen. Im Zugversuch erreichten die Proben Elastizitätsmodule bis 77,5 MPa, im Drucktest bis 3,97 MPa. Die Arbeit schafft damit eine wichtige Grundlage für das EU-geförderte IGB-Forschungsprojekt »LoopOfFun«, in dem ELMs als zukunftsfähige, nachhaltige Materialien weiterentwickelt werden.
»Loop of fun« – Neuer Ansatz zur nachhaltigen Reststoffverwertung im 3D-Druck
In dem von der EU geförderten IGB-Projekt werden die erstaunliche Vielfalt von Pilzarten und deren Fähigkeiten zur Synthese bioaktiver Metaboliten dazu eingesetzt, um neue technische Materialien zu produzieren. Konkret sollen Pilzmyzelien als strukturelles Material und für die Umwelttechnologie nutzbar gemacht werden. Dazu werden die Pilze mithilfe einer automatisierten Roboterplattform in sogenannten Design-Build-Test-Learn-Zyklen auf bestimmte Materialeigenschaften hin optimiert. Mit diesem systematischen Ansatz können die IGB-Forschenden dann Materialien entwickeln, die einerseits robust gegenüber Umwelteinflüssen sind und gleichzeitig auch maßgeschneiderte mechanische und strukturelle Eigenschaften besitzen. So entstehen zukunftsfähige Werkstoffe für die additive Fertigung, die sich flexibel an unterschiedliche Anforderungen anpassen lassen. Hug konnte hier mit seinem Forschungsinteresse nahtlos anknüpfen.
Hochschule Hamm-Lippstadt würdigt erfolgreiche Entwicklung mit Nachhaltigkeitspreis
Der Nachhaltigkeitspreis der HSHL wird von der Volksbank Beckum-Lippstadt vergeben und ist mit insgesamt 4.000 Euro dotiert. Für den ersten Platz erhielt Preisträger Hug die Summe von 1.500 Euro.
Mit dem Preisträger freut sich auch sein wissenschaftlicher Begleiter am IGB, Dr. Achim Weber: »Wir gratulieren Niklas Hug herzlich zu dieser Auszeichnung und wir möchten uns an dieser Stelle noch einmal für seine hervorragende Arbeit an unserem Institut bedanken.« Für den promovierten Chemiker sind solche wissenschaftlichen Kooperationen wie das Vorhaben von Niklas Hug eine willkommene Bereicherung für den eigenen Forschungsalltag. Deswegen setzt er gern auch weitere Projekte mit jungen Nachwuchstalenten um, die mit frischen Ideen und einem offenen Mindset oft wertvolle neue Impulse setzen. Studierende können sich gern jederzeit bewerben – mit eigenen Vorhaben oder auf aktuelle Ausschreibungen des IGB.
Fotonachweis: HSHL/Oliver Felchner