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新型3D打印采用活性物质材料

2021-08-18 来源:海口农业机械网

新型3D打印采用活性物质材料

新型3D打印采用活性物质材料

【中国包装网讯】现在越来越多的物体可以用3D打印来制造,但这个过程所用的材料仍然是“死物质”,比如塑料或金属。

苏黎世联邦理工学院(ETH)复合材料实验室主任AndréStudart带领的一组研究人员,现在已经推出一个新的3D打印平台,可以用生命物质打印器件。研究人员开发出一种含有细菌的墨水,它可以打印出具有多种特性的微型生化器件,这些器件种类取决于科学家在墨水中放入的细菌种类。他们在一篇科学进展报告中报告了这项工作。

ETH研究人员的新印刷平台提供了许多潜在的组合。在一次试验中,科学家们可以使用包含多达四种细菌的不同浓度的打印墨,以产生各种性质的物体。

作为第一个测试,团队成员Patrick Rühs和Manuel Schaffner使用了两种细菌:Pseudomonas putida和Acetobacter xylinum。前者能分解化学工业中大规模生产的有毒化学苯酚。后者分泌高纯纳米纤维素,可减轻疼痛,保持水分和稳定,在烧伤治疗中具有潜在应用。

打印墨水是由生物相容性的水凝胶组成的,可以提供结构;而水凝胶是由透明质酸、长链糖分子与二氧化硅组成的。细菌的培养基被混入墨水中,这样细菌就有了它们所需要的生长环境。使用这种水凝胶作为基础,研究人员可以添加细菌所需的“属性范围”,然后打印出他们喜欢的三维结构。

在含有细菌的水凝胶发展过程中,由于凝胶的流动特性衍生出了一个特殊的挑战,因为墨水必须具有足够的流动性,才能通过压力喷嘴。墨水的粘稠度也会影响细菌的流动性:油墨越硬,就越难移动。更重要的是,如果水凝胶太僵硬,A.xylinum杆菌分泌的纤维素也会减少。

同时,打印的对象必须足够坚固,以支持后续层的重量。如果流体太多的话,水凝胶就不能用于打印稳定的结构,因为这些结构在它们的重量下会崩溃。“打印墨必须像牙膏一样粘稠,而且还需要像护手霜一样的一致性,”Schaffner这样描述成功的秘诀。

科学家们把他们的新印刷材料叫做‘flink’,,它代表“生活功能墨水”。然而,材料科学家没有研究印刷的微型器件的寿命。“细菌需要的资源非常少,我们认为他们能在印刷结构中生存很长时间”,Rühs说。

然而,这项研究仍处于初始阶段。“细菌含水凝胶印刷有巨大的潜力,因为这种技术可以让有益的细菌广泛存在”,Rühs说。并且他指出3D打印微生物的影响较小,几乎完全没有研究使用细菌作为添加剂的方法。

他说:“大多数人只把细菌和疾病联系起来,但实际上没有细菌我们就无法生存。”研究人员认为他们的新墨水是完全安全的,他们使用的细菌都无害的。

除了医学和生物技术的应用,研究人员还设想了许多其他潜在的用途。例如,采用flink打印的对象可以用来研究降解过程或生物膜的形成。目前一个实际的应用可能是含有细菌的3D打印传感器,它可以用来检测饮用水中的毒素。另一个想法是创建可以过滤油污的细菌过滤器。

首先,要克服印刷时间慢和可扩展性较差的挑战:A.xylinum杆菌目前需要几天产生生物医学纤维素。然而,研究人员确信他们可以进一步优化和加速这一过程。

3D打印特殊材料是Studart研究小组的主攻方向。例如,他和他的跨学科团队还开发了一种可印刷的高孔隙率陶瓷油墨,它可以印刷类似骨结构的非常轻巧的能源产品。

文章来自materialstoday网站,原文题目为Novel hydrogel ink brings bacteria to 3D printing,由材料科技在线汇总整理。

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