Флинк. Бактериальные чернила для 3D-печати

3D-печать становится одной из самых востребованных технологий в разных отраслях. С помощью нее печатаются огромные здания и микроскопические детали. Кажется, скоро не останется ничего, что не могло бы быть произведено с помощью 3D-печати. Однако большинство материалов, используемых для этого процесса, являются “неживыми” - металл, пластмасса и т.п. А теперь ученые порадовали человечество еще одной разработкой - в принтерах стали использовать “живые” бактериальные чернила. Процесс нанесения возможен даже на сложные трехмерные поверхности, такие как голова этой куклы:

Источник: https://phys.org

Эту разработку показали исследователи из швейцарской высшей технической школы Цюриха (Eidgenössische Technische Hochschule, ETH) под руководством профессора Андре Штударта (André Studart), начальника лаборатории комплексных материалов.

Ученые разработали чернила, содержащие бактерии, с помощью которых можно печатать материалы с различными свойствами, в зависимости от того, какие именно виды бактерий добавить в картридж.

Штударт и его коллеги, Патрик Рюс (Patrick Rühs) и Мануэль Шаффнер (Manuel Schaffner) в ходе опытов использовали бактерии видов “Pseudomonas putida” и “Acetobacter xylinum”.

Первый из них известен тем, что может разрушать толуол - очень токсичный продукт химической промышленности.

Источник: wikimedia.org

Второй вид - продуцирует чистую целлюлозу, которая обладает отличными заживляющими свойствами при лечении ожогов живых тканей, она снимает боль и сохраняет нужную влажность в месте применения.

Новая 3D-платформа ETH предлагает не просто “печать одним цветом”, но и множество возможных комбинаций. За один проход система может использовать до четырех различных видов чернил, содержащих разные бактерий в произвольных концентрациях. В итоге могут получиться материалы, обладающие различными свойствами одновременно.

Чернила состоят из биологически совместимого гидрогеля, который обеспечивает основу, структуру будущего материала. Гидрогель состоит из гиалуроновой кислоты, полисахаридов и пирогенного диоксида кремния. Бактериальную среду смешивают с основой, в которой она чувствует себя отлично и остается долгое время активной. С помощью получившегося коктейля принтер печатает изделия какой угодно формы.

Перед инженерами стояла непростая проблема - по мере развития бактерий в гидрогеле, его вязкость претерпевает изменения. Для нормальной же печати чернила должны быть достаточно жидкими, чтобы проходить через сопла специальных картриджей.

Также плотность готовой смеси влияет и на активность бактерий - чем она выше, тем труднее двигаются микроорганизмы. При этом например Acetobacter производит меньше целлюлозы, то есть меняются свойства изделий. Слишком жидкими чернила тоже нельзя делать, ведь предыдущий слои должны выдерживать вес последующих и не расползаться. Ученым пришлось разработать оптимальную консистенцию, которая имеет вязкость примерно аналогичную этому параметру зубной пасты или крема для рук.

Источник: https://phys.org

Новый материал назвали «Флинк» (FLInk - functional living ink), что можно дословно перевести как «функциональные живые чернила», и представили его публике в недавно вышедшем журнале “Научные достижения” (Science Advances).

Теперь на очереди изучение данного продукта учеными-медиками. Поскольку бактерии для жизни требуют очень мало ресурсов, то предполагается длительное время существования материала с требуемыми функциональными характеристиками - микроорганизмы очень долго будут живыми. Как мы все понимаем, исследования только начинаются, протестированы только два вида бактерий, а их на много порядков больше. А значит потенциал данного процесса просто огромный.

Бактерии у широкой публики традиционно считаются чем-то плохим (вспомните незаслуженно популярное антибактериальное мыло), но на самом деле есть множество потенциальных применений тех или иных видов. Бактерии это не только возбудители болезней, но и полезная микрофлора, без которой человек просто не мог бы жить. Поэтому и с новыми чернилами все будет зависеть от выбора полезных (или безвредных) компонентов.

У новых материалов может быть не только медицинское, но и множество других применений. Например, можно напечатать датчик, который будет в состоянии обнаруживать токсины в питьевой воде. Еще одна идея - фильтры с содержанием бактерий для использования при аварийных разливах нефтепродуктов.

Помимо очевидных плюсов технологии, существуют и определенные сложности: скорость печати пока что слишком медленная (материал с бактериями Acetobacter создавался несколько дней), а создание больших структур пока что невозможно. Однако ученые убеждены, что они смогут ускорить процессы и добиться масштабируемости.

Источник: http://ruggedpod.qyshare.com

Разработка специальных материалов для 3D-печати - это специализация группы профессора Штударта. В результате их предыдущих исследований были созданы керамические чернила с высокой пористостью. Они позволяют печатать очень легкие материалы со структурой, похожей на кости животных, используемые в системах производства энергии.