3D tiskane mini tovarne

logo

Skupina raziskovalcev iz ETH v Zürichu, je pod vodstvom profesorja André Studarta, vodje laboratorija za kompleksne materiale, predstavila nov način 3D tiskanja, ki tiska živo maso. Razvili so črnilo, ki vsebuje bakterije in omogoča tiskanje mikroskopskih biokemijskih tovarn z želenimi lastnostmi. Lastnosti so odvisne od bakterij, ki so dodane črnilu.

Studartova sodelavca in prvotna avtorja zamisli Patrick Rühs in Manuel Schaffner, sta v svojem delu uporabila bakterije Pseudomonas putida in Acetobacter xylinum. Prva razgrajuje strupeno kemikalijo fenol, ki je velik stranski produkt kemične industrije, druga pa izloča zelo čisto nanocelulozo, ki je idealna pri zdravljenju opeklin.

Ta nov način uporabe 3D tiskanja ponuja neštete potencialne kombinacije in možnosti aplikacij. Naenkrat lahko tiskajo do štiri različne vrste bakterij v poljubnih razmerjih, s tem pa dobijo natančno takšne lastnosti, kot jih potrebujejo.

Črnilo je osnovano na biokompatibilnem hidrogelu, ki mu daje strukturo, vsebuje pa še hialuronsko kislino, dolgoverižne molekule sladkorjev in pirogeni silicijev dioksid. Ta mešanica je obstojna, hkrati pa bakterijam, ki jih dodamo vanjo, zagotavlja vse pogoje za življenje. V hidrogel raziskovalci dodajo bakterije z želenimi lastnostmi in jih natisnejo v kakršno koli 3D strukturo.
Med razvojem hidrogela so njegove lastnosti predstavljale veliko prepreko: črnilo je moralo biti dovolj tekoče, da je lepo teklo skozi šobo 3D tiskalnika, kar pa je vplivalo tudi na mobilnost bakterij. Glavni namen hidrogela je obdržati bakterije tam, kamor jih natisnemo, če pa bi bilo črnilo preveč togo, bi bakterije izločale manj celuloze. Poleg vseh teh omejitev, pa je moralo biti črnilo tudi dovolj nosilno, da je preneslo težo naslednjih slojev. "Črnilo mora biti tako viskozno kot zobna pasta in imeti gostoto Nivejine kreme za roke" opisuje Schaffner končno uspešno formulo.
Raziskovalci so novi material za tiskanje poimenovali "Flink", kar je okrajšava za "functional living ink" in ga predstavili v članku v reviji Science Advances.

Življenjska doba bakterij v črnilu za zdaj še ni znana. "Ker je v črnilu velik presežek snovi, ki jih  bakterije potrebujejo za preživetje, predvidevamo, da je njihova življenjska doba zelo dolga." pravi Rühs.

Sicer je raziskava tega črnila še v uvodnih stadijih. "Tiskanje z uporabo hidrogelov z bakterijami ima ogromen potencial, saj obstaja toliko različnih bakterij z različnimi lastnostmi, ki jih lahko izkoristimo," še pravi Rühs. Za slab sloves mikroorganizmov krivi dejstvo, da na področju nanašanja bakterij do sedaj še ni bilo nobenih raziskav. "Večina ljudi povezuje bakterije le z boleznimi, čeprav v resnici brez bakterij ne bi mogli preživeti." Raziskovalci še dodajajo, da ni skrbi glede nevarnosti bakterij v črnilu, saj so vse bakterije, ki jih pri tem uporabljajo, koristne in ljudem neškodljive.

Uporaba v medicini in biokemiji pa niso edine, ki si jih raziskovalci predstavljajo. Takšne strukture bi se lahko uporabljale za preučevanje procesov razkrajanja ali pa formacije bioslojev. Druga potencialna uporaba bi bil biosenzor osnovan na 3D tiskanih bakterijah, ki bi zaznale toksine v pitni vodi in opozorile nanje. Lahko bi celo naredili filtre s 3D tiskanimi bakterijami, ki bi jih uporabili za čiščenje razlitij nafte. Vsekakor pa se je najprej potrebno prebiti čez določene ovire, kot so dolg čas tiskanja in omejena velikost zaradi zmanjševanja stabilnosti z velikostjo. Tudi čas, ki ga bakterije potrebujejo za produkcijo končnih snovi je predolg. Acetobacter na primer potrebuje nekaj dni, da izdela celulozo za mikrobiološko uporabo. Znanstveniki so trdno prepričani, da bi lahko v prihodnosti skrajšali in optimizirali te procese.

Razvoj posebnih materialov za 3D tiskanje pa je sicer zasluga profesorja André Studarta iz ETH in njegove raziskovalske skupine. Z interdisciplinarno ekipo je razvil tudi visoko porozno črnilo iz keramike za 3D tiskanje, ki omogoča tiskanje lahkih, kostem podobnih struktur, ki se uporabljajo v energetiki pri proizvodnji energije.

Povzeto po:
https://www.sciencedaily.com/releases/2017/12/171201181555.htm

www.sciencedaily.com

Več o članku si preberite v PDF reviji!