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3D打印細菌,以制造類骨復(fù)合材料

魔猴君  行業(yè)資訊   744天前

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2023年2月28日,據(jù)魔猴網(wǎng)了解, EPFL(écolePolytechnique Fédérale de Lausanne 又名瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院)的研究人員已經(jīng)做到了這一點。更具體地講,他們發(fā)表了一種使用含有產(chǎn)生碳酸鈣的細菌的墨水進行 3D 打印的方法,由此產(chǎn)生的生物復(fù)合材料具有許多有趣的應(yīng)用,并且堅固、輕便且環(huán)保。這項研究以題為“3D printing of living structural biocomposites”的論文被發(fā)表在《Materials Today》期刊上。相關(guān)論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702123000214?via%3Dihub#f0005

這當(dāng)然不是科學(xué)家們第一次轉(zhuǎn)向更廣闊的自然界來尋求新的增材制造解決方案。事實上,仿生學(xué)或模仿生命的實踐在 3D 打印中很流行,因為它允許對零件進行更多優(yōu)化,例如模仿蜂巢的格子結(jié)構(gòu)。這個項目背后有類似的邏輯。研究人員著眼于大自然,自然界的生物能夠生產(chǎn)出既輕又堅固、多孔又堅硬的復(fù)合材料(在實驗室或工廠幾乎不可能做到),例如軟體動物的殼或骨頭。最終,他們希望生產(chǎn)出具有這些特性同時又環(huán)保的材料。現(xiàn)在有了這種 3D 打印墨水,他們就實現(xiàn)了這一點。

△通過結(jié)合載有細菌的墨水(稱為 BactoInk)和 3D 打印,科學(xué)家們成功地創(chuàng)造了一種堅固、輕便且環(huán)保的生物復(fù)合材料
3D 打印細菌以創(chuàng)造更好的復(fù)合材料
在發(fā)表的論文中,EFPL 軟材料實驗室的研究人員3D 打印活體結(jié)構(gòu)生物復(fù)合材料概述了他們是如何創(chuàng)造這一過程的。也就是說,他們使用巴斯德氏孢子肉菌創(chuàng)建了一種可 3D 打印的墨水。 選擇這種細菌是因為它具有一種有趣的能力,當(dāng)暴露于含尿素的溶液中時,會觸發(fā)產(chǎn)生碳酸鈣 (CaCO3 ) 的礦化過程。這種名為 BactoInk 的新墨水幾乎可以打印任何形狀,然后會在幾天內(nèi)礦化。

△圖片摘要
選擇使用會礦化的墨水是因為需要解決通常以墨水 3D 打印為中心的問題(即它們可能難以管理,因為它們需要特定的流動條件,并且在打印后往往會變軟或收縮)。軟材料實驗室負責(zé)人 Esther Amstad 解釋說:“因此,我們想出了一個簡單的技巧:我們使用 BactoInk 打印了一個聚合物支架,而不是打印礦物,然后在第二個單獨的步驟中將其礦化。大約四天后,支架中細菌引發(fā)的礦化過程會產(chǎn)生礦物質(zhì)含量超過 90% 的最終產(chǎn)品?!?/span>

△研究項目的共同作者軟材料實驗室研究人員 Matteo Hirsch 和 Lorenzo Lucherini
結(jié)果是他們制造出了一種堅固且有彈性的生物復(fù)合材料,甚至可以使用標(biāo)準(zhǔn) 3D 打印機生產(chǎn)。此外,最終產(chǎn)品不再含有活細菌。這種材料也特別有趣,因為它不僅堅固輕便,而且多孔,這在增材制造中很難實現(xiàn)。

研究人員已經(jīng)概述了該材料在不同領(lǐng)域的許多應(yīng)用。一種應(yīng)用當(dāng)然是修復(fù)藝術(shù)品,因為墨水可以直接注入現(xiàn)場,然后增長以適應(yīng)裂縫或碎片。但由于使用了環(huán)保材料,建造人造珊瑚以再生受損的海洋珊瑚礁也可能非常令人興奮,因為這是一個緊迫的環(huán)境問題。

△藝術(shù)品修復(fù)

Amstad 總結(jié)道,“BactoInk 加工的多功能性,結(jié)合礦化材料對環(huán)境的低影響和優(yōu)異的機械性能,為制造比今天更接近天然材料的輕質(zhì)、承重復(fù)合材料開辟了許多新的可能性?!?/span>


來源:3D打印網(wǎng)

   
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