3D 打印细菌，以制造类骨复合材料

众所周知，3D 打印的适用性几乎覆盖了所有材料，即使是非常规材料也可以实现制造，包括细胞、巧克力等。但是能否打印细菌呢？

2023年2月28日，南极熊获悉， EPFL（écolePolytechnique Fédérale de Lausanne 又名瑞士洛桑联邦理工学院）的研究人员已经做到了这一点。更具体地讲，他们发表了一种使用含有产生碳酸钙的细菌的墨水进行 3D 打印的方法，由此产生的生物复合材料具有许多有趣的应用，并且坚固、轻便且环保。这项研究以题为“3D printing of living structural biocomposites”的论文被发表在《Materials Today》期刊上。

相关论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702123000214?via%3Dihub#f0005

这当然不是科学家们第一次转向更广阔的自然界来寻求新的增材制造解决方案。事实上，仿生学或模仿生命的实践在 3D 打印中很流行，因为它允许对零件进行更多优化，例如模仿蜂巢的格子结构。这个项目背后有类似的逻辑。研究人员着眼于大自然，自然界的生物能够生产出既轻又坚固、多孔又坚硬的复合材料（在实验室或工厂几乎不可能做到），例如软体动物的壳或骨头。最终，他们希望生产出具有这些特性同时又环保的材料。现在有了这种 3D 打印墨水，他们就实现了这一点。

△通过结合载有细菌的墨水（称为 BactoInk）和 3D 打印，科学家们成功地创造了一种坚固、轻便且环保的生物复合材料

3D 打印细菌以创造更好的复合材料

在发表的论文中，EFPL 软材料实验室的研究人员3D 打印活体结构生物复合材料概述了他们是如何创造这一过程的。也就是说，他们使用巴斯德氏孢子肉菌创建了一种可 3D 打印的墨水。 选择这种细菌是因为它具有一种有趣的能力，当暴露于含尿素的溶液中时，会触发产生碳酸钙 (CaCO3 ) 的矿化过程。这种名为 BactoInk 的新墨水几乎可以打印任何形状，然后会在几天内矿化。

△图片摘要

选择使用会矿化的墨水是因为需要解决通常以墨水 3D 打印为中心的问题（即它们可能难以管理，因为它们需要特定的流动条件，并且在打印后往往会变软或收缩)。软材料实验室负责人 Esther Amstad 解释说：“因此，我们想出了一个简单的技巧：我们使用 BactoInk 打印了一个聚合物支架，而不是打印矿物，然后在第二个单独的步骤中将其矿化。大约四天后，支架中细菌引发的矿化过程会产生矿物质含量超过 90% 的最终产品。”

△研究项目的共同作者软材料实验室研究人员 Matteo Hirsch 和 Lorenzo Lucherini

结果是他们制造出了一种坚固且有弹性的生物复合材料，甚至可以使用标准 3D 打印机生产。此外，最终产品不再含有活细菌。这种材料也特别有趣，因为它不仅坚固轻便，而且多孔，这在增材制造中很难实现。

研究人员已经概述了该材料在不同领域的许多应用。一种应用当然是修复艺术品，因为墨水可以直接注入现场，然后增长以适应裂缝或碎片。但由于使用了环保材料，建造人造珊瑚以再生受损的海洋珊瑚礁也可能非常令人兴奋，因为这是一个紧迫的环境问题。

△艺术品修复

Amstad 总结道，“BactoInk 加工的多功能性，结合矿化材料对环境的低影响和优异的机械性能，为制造比今天更接近天然材料的轻质、承重复合材料开辟了许多新的可能性。”