密歇根州立大学采用3D打印技术，研发制造生物膜新方法

南极熊导读，生物膜对人类既有害又有益。它们可以覆盖材料和物体的表面，包括医疗设备，并引起感染，并且它们对许多药物和消毒剂有抵抗力。然而，生物膜能够降解有毒化学物质和环境污染物，使它可用于治疗细菌、废水处理等。

2022年7月12日，南极熊获悉，密歇根州立大学（MSU）的研究人员，推出了可以推进生物膜科学的3D打印新技术。

△密歇根州立微生物学博士Kathryn Zimlich（左）和机械工程博士生Isaak Thornton，使用 3D打印设备来沉积微生物和制造生物膜

该研究团队宣称，当细菌和其他微生物粘附在表面上，并形成粘稠的垫子（称为生物膜）时，它们会形成复杂的群落，这些群落，通常对传统的消毒剂具有抗药性。现在，该大学生物膜工程中心的科学家们，正在开发一种复制微生物群落的新技术，以便研究创新的治疗方法。

Thornton和Zimlich将于7月12日至14日，在博兹曼举行的蒙大拿州生物膜年度会议上，展示向人们和企业展示它们的最新研究成果，该会议召集来自世界各地的研究人员，和行业合作伙伴讨论最新的生物膜科学。

在过去的两年里，Zimlich和Thornton设计并测试了一种3D打印设备，该设备可以在水凝胶中，精确地布置单个细菌网格（一种透明的类似果冻的物质）。利用3D打印技术的进步，研究人员可以绘制出，液态水凝胶树脂液滴中的微生物，然后使用激光固化材料，构建基本的生物膜。

“我们可以在空间上准确地，将细胞排列和封装在我们想要的位置，”Thornton说，他们正在该大学诺姆阿斯比约森工程学院，化学与生物工程系副教授Jim Wilking的实验室进行这项研究。

△生物膜，它是一种微生物的三维群落，生物中除某些病毒外，都具有生物膜

到目前为止，Zimlich和Thornton只使用了单一种类的细菌，但通过使用3D打印机进行多次打印，每次都使用不同种类或菌株，他们可以开始创造自然界中发现的更复杂和分层的生物膜。通过在细菌中添加荧光染料，研究人员可以使用专门的显微镜，轻松观察微生物，从而研究细胞之间发生的相互作用。

Zimlich说：“即使是最简单的生物膜系统也很复杂。这就像一个森林，具有多样性。我们需要新的工具来了解，这种多样性是如何发展和持续的。”

众所周知，生物膜内的动态环境有助于，使微生物对传统治疗产生抵抗力。MSU Regents教授和长期生物膜研究人员Phil Stewart表明，一种超级细菌会导致伤口感染，并且它能够抵抗抗生素，因为生物膜下层的细胞，与氧气和其他化合物隔绝，导致它们进入休眠状态，从而改变了它们的生物学特性，使药物变得无效。

“通过对现有的生物膜研究，已经逐渐明白一点，有可能通过改变交互式生物膜环境，而不是尝试使用刺激性化学产品，来治疗这些病原菌，”Zimlich说，例如，治疗方法可能涉及引入无害细菌，与有害微生物竞争并破坏保护性生物膜。

△每年7月，在博兹曼举办蒙大拿州生物膜科学与技术会议。2022年会议融合了生物膜领域、CBE和其他实验室的最佳研究成果

开发这些治疗方法，需要在受控的实验室环境中进行大量测试，这就是3D打印新技术的用武之地。“我们认为有可能构建出，这些病原体生物膜自然形成的类似物。”Zimlich说。

这可能对生物膜会议的与会者非常感兴趣。据负责协调该中心与企事业对人Paul Sturman说，宝洁、3M和Ecolab以及NASA等公司，都渴望得到可以控制生物膜的制造方法。

自30多年前成立以来，生物膜工程中心，一直是生物膜研究的世界领先者，开创了一种跨学科方法，将工程、微生物学和其他领域的多个领域相结合，以解决现实世界的问题。他说，这就是吸引Thornton参与该项目的原因。

△用于设计生物膜的新型3D打印技术

据了解，密歇根州立大学，不是第一在该领域做研究的机构，Rochester大学生物学家，于2021也发表了相关的学术研究，开发了一种利用3D打印技术来设计和研究生物膜。他们宣称，该研究可能有助于开发药物，来对抗这些附着在表面的微生物的负面影响。