EPFL研究人員發(fā)表了一種3D打印墨水的方法，這種墨水含有產(chǎn)生碳酸鈣的細菌。這種3D打印的礦化生物復合材料前所未有地堅固、輕便且環(huán)保，具有從藝術(shù)到生物醫(yī)學的一系列應(yīng)用。
大自然有一種非凡的訣竅，可以生產(chǎn)出既輕便又堅固、多孔又堅硬的復合材料——就像軟體動物的殼或骨頭。但在實驗室或工廠生產(chǎn)此類材料——尤其是使用環(huán)保材料和工藝——極具挑戰(zhàn)性。
工程學院軟材料實驗室的研究人員轉(zhuǎn)向大自然尋求解決方案。他們率先開發(fā)了一種含有巴斯德氏孢子八疊球菌的3D打印墨水：一種細菌，當暴露在含尿素的溶液中時，會觸發(fā)礦化過程，產(chǎn)生碳酸鈣(CaCO3)。結(jié)果是研究人員可以使用他們的墨水——被稱為BactoInk——來3D打印幾乎任何形狀，然后這些形狀將在幾天內(nèi)逐漸礦化。
總體而言，3D打印變得越來越重要，但可用于3D打印的材料數(shù)量有限，原因很簡單，墨水必須滿足特定的流動條件。例如，它們在靜止時必須表現(xiàn)得像固體，但仍可通過3D打印噴嘴擠出——有點像番茄醬。”
Amstad解釋說，含有小礦物顆粒的3D打印油墨以前曾用于滿足其中一些流動標準，但由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)往往是柔軟的，或者在干燥時收縮，導致開裂和失去對形狀的控制。完成品。
“所以，我們想出了一個簡單的技巧：我們沒有打印礦物質(zhì)，而是使用BactoInk打印了聚合物支架，然后在第二個單獨的步驟中將其礦化。大約四天后，由細菌引發(fā)的礦化過程腳手架導致最終產(chǎn)品的礦物質(zhì)含量超過90%。”
其結(jié)果是一種堅固且有彈性的生物復合材料，可以使用標準3D打印機和天然材料生產(chǎn)，并且不需要制造陶瓷通常需要的極端溫度。最終產(chǎn)品不再含有活細菌，因為它們在礦化過程結(jié)束時被浸沒在乙醇中。
該方法描述了第一種使用細菌誘導礦化的3D打印墨水，最近發(fā)表在《今日材料》雜志上。
修補藝術(shù)品、珊瑚礁或骨骼
軟材料實驗室的方法在從藝術(shù)和生態(tài)學到生物醫(yī)學等廣泛領(lǐng)域具有多種潛在應(yīng)用。Amstad認為，BactoInk可以極大地促進藝術(shù)品的修復，它也可以直接注入模具或目標位置——例如花瓶的裂縫或雕像的碎片。墨水的機械性能賦予它修復藝術(shù)品所需的強度和抗收縮性，并防止在修復過程中進一步損壞。
該方法僅使用環(huán)保材料，并且能夠生產(chǎn)礦化生物復合材料，這也使其成為建造人造珊瑚的有前途的候選者，可用于幫助再生受損的海洋珊瑚礁。最后，生物復合材料的結(jié)構(gòu)和機械性能模仿骨骼的事實可能會使其對未來的生物醫(yī)學應(yīng)用產(chǎn)生興趣。
“BactoInk加工的多功能性，結(jié)合礦化材料的低環(huán)境影響和優(yōu)異的機械性能，為制造輕質(zhì)、承重復合材料開辟了許多新的可能性，這些復合材料更類似于天然材料，而不是今天的合成復合材料，”阿姆斯塔德總結(jié)道。
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