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。