發(fā)布日期：2017-12-05
近年來，科學家一直在開發(fā)3D打印技術，隨著3D打印制造人類器官的實現(xiàn)，幾乎已經(jīng)沒有什么東西不能用它打印出來了?，F(xiàn)在，研究人員開發(fā)出一種新型3D打印平臺，通過使用細菌墨水，可以打印出任何三維結構。
加入細菌的“Flink”
由復合材料實驗室的負責人André Studart教授領導的一組蘇黎世聯(lián)邦理工學院（ETH）研究人員開發(fā)出一種含有細菌的墨水，并將它命名為“Flink”，即“功能活性墨水”。研究成果發(fā)表在近期《Science Advances》雜志上。
墨水是由一種水凝膠和細菌混合構成。水凝膠本身是由透明質(zhì)酸、長鏈糖分子和熱解硅石構成的。細菌的培養(yǎng)基混合到墨水中，使其具有細菌生存的所有先決條件。使用這種凝膠作為基礎，研究人員可以添加具有所需的“性能”的細菌，然后打印出他們喜歡的任何三維結構。
第一作者、Studart的小組成員Patrick Ruhs和Manuel Schaffne在他們的工作中使用了惡臭假單胞菌(putida)和木醋桿菌(Acetobacter xylinum)。前者是可分解化學工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的有毒化學苯酚，后者則可以分泌高純度的納米纖維素。這種細菌纖維素可以緩解疼痛，保持水分，穩(wěn)定性強，從而開辟了在燒傷治療中的潛在的應用。
像牙膏一樣粘稠
在開發(fā)墨水的過程中，水凝膠的流動特性提出了一個特殊的挑戰(zhàn)：墨水必須足夠流動，才能通過壓力噴嘴。墨水的一致性也影響細菌的流動性，墨水越硬，細菌越難移動。然而，如果水凝膠太硬，則醋桿菌分泌的纖維素較少。與此同時，打印品必須足夠堅固，以支撐后續(xù)層的重量。如它們太流體，就不可能打印出足夠穩(wěn)定的結構，因為它們會在重壓之下坍塌。
Schaffner 總結墨水的關鍵，“墨水必須像牙膏一樣粘稠，并具有護手霜的一致性。”
到目前為止，材料科學家還沒有研究過印刷品里細菌的壽命。Ruhs說，“由于細菌對資源的需求非常少，所以我們認為它們能夠在印刷品中存活很長一段時間。”
巨大的應用潛力
目前，這項研究仍處于初級階段，Ruhs說，“使用細菌墨水打印具有巨大的潛力，大多數(shù)人只把細菌與疾病聯(lián)系在一起，但是實際上如果沒有細菌，我們是無法生存的。”研究人員相信他們的細菌墨水是完全安全的，因為使用的細菌都是無害且有益的。
除了醫(yī)學和生物技術的應用，研究人員還設想了許多其他的潛在用途。例如，這種物質(zhì)可用于研究降解過程或生物膜形成。一個實際應用可能是含有細菌的3D打印傳感器，用于檢測飲用水中的毒素。另一個想法是制造含有細菌的過濾器，用于災難性的石油泄漏。
想要實現(xiàn)這些應用，首先需要克服3D生物打印時間慢、擴展性差的挑戰(zhàn)。目前，木醋桿菌需要數(shù)天的時間才能產(chǎn)生用于生物醫(yī)學應用的纖維素?？茖W家們相信，他們可以進一步優(yōu)化和加速這個過程。
參考資料
3-D-printed minifactories
來源：生物探索（微信號 biodiscover）
