科学家将细菌“变身”微型3D打印机 定制化结构可灵活控制菌落生长

3D打印快讯
2021
02/19
10:26
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来源: 前瞻网

阿尔托大学(Aalto University)的一个研究小组利用细菌制造出了由纳米纤维素制成的设计复杂的三维物体。利用他们的技术,研究人员能够通过使用强疏水或超疏水表面来指导细菌菌落的生长。这些三维对象显示出巨大的医疗用途潜力,包括支持组织再生或作为支架/植入物替代受损器官。研究结果发表在《ACS Nano》杂志上。
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与目前通过3D打印方法制造的纤维物体不同,新技术允许直径比人类头发细1000倍的纤维以任何方向对齐,甚至跨层排列,以及各种厚度和地形梯度,这为应用于组织再生开辟了新的可能性。这些物理特性,对于肌肉和大脑中某些组织的生长和再生的支持材料至关重要。

阿尔托大学(Aalto University)的博士生路易斯·格里卡(Luiz Greca)解释说:“这就像一个瓶子里有数十亿台微型3D打印机。”“我们可以把细菌想象成天然的微型机器人,它们利用提供给它们的积木,在正确输入的情况下,创造出复杂的形状和结构。”

一旦进入有水和营养物质(糖、蛋白质和空气)的超疏水霉菌中,需氧细菌就会产生纳米纤维素。这种超疏水表面本质上是封闭了一层薄薄的空气,这促使细菌创造出一种纤维生物膜,复制霉菌的表面和形状。随着时间的推移,生物膜变得越来越厚,物体变得更强。

利用这项技术,该团队已经创造出具有预先设计特征的3D物体,从一根头发直径的十分之一一直测量到15-20厘米。纳米纤维在接触人体组织时不会引起不良反应。该方法也可用于培养逼真的器官模型,以培训外科医生或提高体外测试的准确性。

“我们正在探索将其应用于与年龄相关的组织退化,这种方法在这方面和其他方面都向前迈进了一步。”研究小组负责人奥兰多·罗哈斯(Orlando Rojas)教授表示。他补充说,该团队使用的菌种——Komagataeibacter medellinensis,是由先前来自玻利维亚教皇大学的合作者在哥伦比亚麦德林市的一个当地市场发现的。

在自然和工程中,超疏水表面的设计都是为了尽量减少灰尘颗粒和微生物的粘附。这项工作有望为使用超疏水表面精确制造天然材料开辟新的可能性,
由于细菌可以被移除或留在最终的材料中,3D物体也可以随着时间进化成一个有生命的有机体。这项发现为完全控制细菌制造的材料提供了重要的一步。

“我们的研究确实表明,我们需要了解细菌在界面上相互作用的细节,以及它们制造可持续材料的能力。我们希望这些结果也能激励从事细菌排斥表面和用细菌制造材料的科学家。”研究人员表示。


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