Новые трехмерные печатные материалы используют силу бактерий
У нового типа трехмерных типографских красок есть специальный ингредиент: живые бактерии.
Материалы, сделанные с помощью этих «живых чернил», могут помочь очистить загрязнение окружающей среды, собрать энергию за счет фотосинтеза или помочь сделать медикаменты, исследователи сообщают онлайн 1 декабря в Science Advances.
Это исследование «впервые показывает, что трехмерные печатные бактерии могут создавать полезные материалы», — говорит Энн Мейер, биолог из Дельфтского технологического университета в Нидерландах, который не участвовал в работе.
Недавно выдуманная типографская краска представляет собой полимерную смесь, называемую гидрогелем, которая смешивается с бактериями и бульонами питательных веществ, которые помогают бактериальным клеткам расти и размножаться. В конце концов, бактерии используют все эти встроенные средства к существованию, говорит соавтор исследования Мануэль Шаффнер, научный сотрудник ETH в Цюрихе. Но чернила пористые, поэтому погружение трехмерной печатной структуры в большее количество бульона может перезагрузить его питательными веществами, говорит он.
Шаффнер и его коллеги напечатали сетку с породой бактерий под названием Pseudomonas putida, которая питается опасным химическим фенолом. Когда исследователи разместили эту решетку в воде, загрязненной фенолом, бактерии полностью очистили воду всего за несколько дней.
«Этот результат имеет большое значение для применения трехмерной печати [для] очистки токсичных химических веществ», — говорит Мейер. Решетки, упаковывающие различные типы химически голодных бактерий, могут создавать специальные фильтры для воды или помогать в очистке от разливов нефти. И в отличие от свободно плавающих бактерий, клетки, запертые в трехмерной сетке, можно вырвать из очищенной воды и повторно использовать в другом месте.
Но решетки, напечатанные для этого исследования, всего лишь в сантиметрах, указывает Юрген Гролл, научный сотрудник из Университета Вюрцбурга в Германии, который не участвует в работе, поэтому «масштабирование действительно будет проблемой, если вы захотите развернуть эти коммерчески «.
Заполненные бактериями трехмерные отпечатки могут также продуцировать бактериальную целлюлозу — желатиновое вещество, используемое для одевания ран. Бактериальная целлюлоза обычно выращивается в листах, но «представьте, если у вас есть ожог на локте», — говорит Шаффнер. «Вы пытаетесь обернуть плоскую влажную ткань вокруг этой области, она подвержена отсоединению». Образцы целлюлозы, выращенной на трехмерных печатных структурах, могут точно соответствовать контурам отдельных частей тела, сдерживая риск попадания загрязняющих веществ под морщины в целлюлозы или отслаивания материала.
Исследователи продемонстрировали эту идею, смешав партию чернил, покрытых целлюлозообразующими бактериями Acetobacter xylinum, и напечатали патч в точном виде лица куклы. Оставляя материал в закрытом контейнере в течение нескольких дней, «красиво производится целлюлозная пленка поверх печатной структуры», — говорит соавтор исследования Патрик Рюс, специалист по пищевым продуктам также в ETH Zurich.
Бактерии могут быть генетически модифицированы для получения различных белков и других веществ, которые необходимы человеку, поэтому трехмерные штампованные бактериальные материалы могут также иметь много других медицинских применений. Groll представляет собой своего рода «умную банд-помощь», например, наполненную бактериями, выделяющими лекарства, для ускорения исцеления.