麻省理工采用3D打印方法，有望实现可定制的木制品

2022年5月27日，南极熊获悉，为了对抗森林砍伐，麻省理工学院(MIT)和Charles Stark Draper实验室的研究人员，共同开发了一种新的3D生物打印技术。

这项研究通过在体外生成植物基材料的方法，无需收获或加工整株植物，从而实现：本地化、高密度生产、消除能源密集型收集和运输、减少加工和气候适应能力。从而减少了能源和浪费。这项技术具有很大的发展潜力。

通过利用百日草植物，在实验室培养出来的活细胞用于打印各种定制形状，如椅子、桌子和其他木制品，而无需砍伐任何树木。

研究团队称，还能够在细胞生长中，通过使用化学物质来微调打印结构的物理和机械性能，包括密度和刚度等特性。

△在3D打印之前，百日草植物细胞的显微图像。图片来自麻省理工学院

森林砍伐问题
树木是一种重要的自然资源，它具有广泛的用途，从建筑物、家具、纸张以及工具的所有事物。

然而，尽管木材成本相对较低且供应广泛，但木材并不是无限的，人们正在通过减缓森林砍伐来保持生态的稳定。据估计，全世界每年需要砍伐大约1000万公顷的森林。如果不加以保护，按照目前的速度，世界上许多森林可能会在未来几个世纪内消失。

树木和森林是帮助我们应对气候变化的绝佳工具，因此，尽可能地利用这些资源进行战略规划，对保持生态平衡十分重要。

△麻省理工学院仿木生物材料，3D生物打印工作流程

通过3D打印实现可持续发展
为了减少对大自然的依赖，研究人员现在正在寻找木材的替代方案。麻省理工首先从百日草植物的叶子中分离出活细胞，将它们培养两天，然后将它们转移到凝胶培养基中，细胞可以得到重要的营养物质和两种不同的激素的滋养。

生长的材料可以以天然无法获得的形式生产。通过在初始生长阶段调整激素水平，研究人员发现他们可以在植物细胞生长时，改变它们的物理和机械特性。然后，团队使用3D打印机，将富含细胞的凝胶材料挤出成复杂的结构。使用这些方法，材料以自然界不易获得的形式和规模培养。

△这项研究的更多细节可以在题为“由百日草细胞培养物产生的新型、3D打印、可调谐、实验室培养的植物材料的物理、机械和微观结构表征”的论文中找到（点我传送门）

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702122000451#f0005

目前，已确定激素越低，植物细胞的密度越低。随着激素水平的提高，植物细胞生长的细胞结构更小、更密集，而且硬度更高。研究团队甚至实现了与某些天然木材相当的刚度。并且，打印出来的细胞结构可以存活，甚至可以在挤出后继续生长几个月。由此，可以控制培养形式，从而得到，传统农业方法无法获得的各种形式和规模的生长材料。

对于未来的工作，Beckwith团队正打算研究遗传和其他化学因素，如何影响细胞生长。他们还希望将生物打印方法应用于其他植物物种，包括松树等树木。最终，他们希望有朝一日可以根据预期应用，在实验室中种植具有特性的木制品，例如适用于建筑墙壁的高强度和绝缘结构。

△3D打印实验室培育的生物材料

对3D打印木材的探索
木材和仿木材料的3D打印并不是什么新鲜事。去年，3D打印机OEM厂商Desktop Metal推出其子公司Forrust的一项技术，利用粘合剂喷射3D打印，制造功能性木材部件。
Forrust工艺的工作原理是将木材制造和造纸工业（锯末和木质素）的废料副产品升级，并将它们与特殊生物环氧树脂复合材料混合。

更多关于3D打印木材的原理和研究，请阅读南极熊的另一篇文章"木材如何实现3D打印？它是否有未来前景？"https://www.nanjixiong.com/thread-154677-1-1.html