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科學(xué)家們的新型3D打印雙色木材可以生產(chǎn)未來派的生態(tài)友好型家具

魔猴君  知識堂   1459天前

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麻省理工學(xué)院(MIT)的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出實驗室生長的木細胞,它們可以構(gòu)成一種新型,更具可持續(xù)性的3D打印生物材料的基礎(chǔ)。通過培養(yǎng)植物基的組織,研究人員已經(jīng)能夠調(diào)整其形態(tài),并消除了通常需要獲取木材的浪費性采伐。盡管該小組的研究仍處于初期階段,但他們認為,將來可以將其部署為3D打印環(huán)保家具的手段,或者生產(chǎn)可緩解日益嚴重的森林砍伐危機的合成木材。

該研究的主要作者阿什利·貝克維斯(Ashley Beckwith)說:“當我們只使用一小部分植物時,我們會投入大量資源來種植整個植物。復(fù)制不那么依賴土地的材料。”

研究人員的一種3D生物打印的培養(yǎng)物,其中含有木質(zhì)素細胞。圖片來自《清潔生產(chǎn)雜志》。

在生產(chǎn)中更換木材

與化石燃料相比,木材和其他植物基材料因其可再生性而廣受贊譽,因此,它們經(jīng)常用于制造消費品和發(fā)電。但是,我們對木材的過度依賴日益導(dǎo)致大規(guī)模的森林砍伐,這可能對環(huán)境造成持久的影響。

從本質(zhì)上講,木材的生長和收集方式幾百年來一直沒有改變,因為在收獲有用的木屑之前先將整個植物進行耕種,然后將其余的作為自然廢物燃燒。這種方法導(dǎo)致許多樹木被丟棄,并且考慮到土地,肥料和運輸?shù)某杀?,它也相當昂貴。

相比之下,實驗室生長的材料具有潛力,可以緩解農(nóng)業(yè)壓力,因為它們可以按規(guī)格生長,從而無需丟棄不想要的碎片。在其他地方,作為“微繁”習(xí)俗的一部分,將小型植物樣品種植到大面積的種子中并重新分配,但該方法具有高度的選擇性,通常僅用于保存最稀有的物種。

但是,如果將其應(yīng)用于更廣泛的木材生長中,微繁可能產(chǎn)生更廣泛的影響,從而大大減少了種植植物性材料的時間。通過結(jié)合這些方法,麻省理工學(xué)院的團隊因此開發(fā)了一種具有可調(diào)特性的新型生物材料,并試圖將其3D打印為可縮放的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

麻省理工學(xué)院科學(xué)家的3D生物打印方法。

研究人員的3D生物打印方法使他們能夠生產(chǎn)具有70%以上細胞活力的生物基結(jié)構(gòu)。圖片來自《清潔生產(chǎn)雜志》。

種植新型生物材料

為了進行測試,科學(xué)家從經(jīng)過充分研究的百日草線蟲植物物種中提取了活細胞,并使用營養(yǎng)物對其進行了培養(yǎng),并將其懸浮在凝膠支架中。通過這樣做,研究小組允許植物細胞生長到支架中,而無需陽光或土壤,而僅產(chǎn)生可收獲的元素。

在細胞生長過程中,研究人員能夠調(diào)整其激素濃度,pH值,密度和整體功能,從而確保他們生產(chǎn)出具有最佳性能的生物材料。經(jīng)過大量的修補后,研究小組設(shè)法對齊了細胞,使它們形成了木質(zhì)素增強的次生壁,并有效地轉(zhuǎn)變?yōu)槟举|(zhì)凝膠。

一旦他們的新材料準備就緒,科學(xué)家就使用了結(jié)合了3D生物打印和注塑成型的方法來制造一系列薄的樹形測試結(jié)構(gòu)。盡管印刷品在十天內(nèi)顯示出70%以上的高細胞存活率,但它們的機械強度也很低,這目前限制了它們在諸如家具之類的承重結(jié)構(gòu)中的使用。

因此,麻省理工學(xué)院的團隊將他們的研究視為概念驗證,證明了比當前的農(nóng)業(yè)方法更有效地種植木材的可行性。隨著圍繞培養(yǎng)參數(shù)的進一步研發(fā),研究人員認為,未來,他們的方法可能還會產(chǎn)生其他各種3D打印的家用產(chǎn)品,而這些產(chǎn)品幾乎不會對自然界造成破壞。

貝克威斯總結(jié)說:“我不知道我會種植一個完全組裝好的桌子,因為它不是很好地利用空間,但是它有潛力。這是一個很好的愿景,人們真的接受了這個概念,所以我希望我們引起更多的興趣,并吸引更多的人參與,以實現(xiàn)這一目標?!?/span>

生物基印刷材料

隨著防止全球變暖的競賽日趨白熱化,科學(xué)家們現(xiàn)在正在開發(fā)合成生物材料,以作為天然原料的更可持續(xù)的替代品。

弗萊堡大學(xué)的研究人員對MIT團隊采取了不同的方法,并創(chuàng)造了自己的新穎的木質(zhì)3D打印材料。德國團隊使用復(fù)合纖維素球生產(chǎn)了一種生物合成聚合物,可以在輕型建筑或工業(yè)應(yīng)用中使用。

同樣,作為歐盟支持的NOVUM項目的一部分,研究人員目前正在3D打印纖維素基部件,用于汽車,船舶或電氣絕緣行業(yè)??傮w而言,該計劃旨在提高全球資源效率,以此作為應(yīng)對氣候變化和建設(shè)更循環(huán)經(jīng)濟的手段。

在更多的實驗研究中,德國聯(lián)邦材料研究與測試研究所的科學(xué)家正試圖將3D打印白蟻垃圾轉(zhuǎn)化為環(huán)保結(jié)構(gòu)。盡管新型生物材料最初顯示出較低的機械強度,但也能夠在沒有聚合物添加劑的情況下噴射粘合劑。


來源:https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/guowaikuaidi/40107.html

   
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