Скоро у світі вже не залишиться чогось такого, що не можна було б надрукувати за допомогою 3D-принтера. Утім, матеріалом для друку досі є “мертва матерія” — наприклад, метал чи пластмаси. Тепер дослідники з Швейцарської вищої технічної школи Цюриха (ETH) створили чорнило для 3D-принтера на основі живих бактерій. Залежно від виду бактерій, таке чорнило дозволяє створювати матеріали з широким спектром біохімічних властивостей.
Група дослідників з ETH на чолі з професором Андре Штудартом створила першу у світі платформу для 3D-друку, яка працює на живій матерії. Для свого дослідження Штударт та його співавтори Патрік Рюс та Мануель Шефнер використали бактерії Pseudomonas putida та Acetobacter xylinu. Перша бактерія здатна розщеплювати токсичну сполуку фенол, яку масово виробляє світова хімічна промисловість, а друга продукує високочисту наноцелюлозу. Ця бактеріальна целюлоза стабільна, вона пом’якшує біль та поглинає вологу, що потенційно дозволяє її використовувати під час лікування опіків.
Платформа для 3D-друку, яку створили швейцарські науковці, дозволяє комбінувати різні види бактерій у різноманітних концентраціях. У такий спосіб можна змінювати властивості матеріалів на виході.
До складу чорнила для 3D-друку входить біосумісний гідрогель, що складається з гіалуронової кислоти, довгих ланцюгів молекул цукру та пірогенного кремнезему. Крім гідрогелю, чорнило містить культурне середовище, яке створює належні умови для життєдіяльності бактерій.
Найбільшим викликом під час створення чорнила були текучі властивості гідрогелю, оскільки чорнило повинне бути достатньо рідким, щоб проходити через сопло принтера. Крім того, що в’язкіше чорнило, то важче бактеріям рухатися. Але при цьому надруковані за допомогою цього чорнила структури повинні бути достатньо міцними, щоб витримувати вагу наступних шарів. Якщо чорнило надто рідке, 3D-друк стабільних структур стає неможливий: нижні шари колапсують під вагою верхніх. “Чорнило повинне бути в’язким, наче зубна паста, і водночас мати консистенцію крему для рук Nivea”, — описує його формулу Мануель Шефнер.
Свою розробку вчені назвали “Flink”, що є абревіатурою англійських слів “functional living ink” (функціональне живе чорнило) й описали у статті, опублікованій в журналі Science Advances.
Вчені ще не вивчали тривалість життя бактерій у чорнилі, але, як каже Патрік Рюс, “оскільки бактерія потребує дуже мало ресурсів, щоб вижити, ми припускаємо, що вони там житимуть дуже довго”.
“3D-друк з використанням гідрогелю, що містить бактерії, має величезний потенціал застосування, адже існує безліч корисних бактерій”, — додає Рюс. “Більшість людей асоціює бактерії з хворобами, але ми б не могли без них вижити”, — каже він. Окрім медичних і біотехнологічних цілей, вчені передбачають багато інших способів застосування структур, що містять живі бактерії. Це може бути, наприклад, створений за допомогою 3D-друку сенсор, який здатний детектувати токсини у питній воді, або фільтр, що абсорбує нафтові плями.
Пошук нових матеріалів для 3D-друку — спеціалізація лабораторії професора Андре Штударта. Раніше в ній уже створили високопористі чорнила з кераміки, які дозволяють друкувати дуже міцні і легкі кісткоподібні структури.
ScienceDaily, 1/12/2017
Зреферував Євген Ланюк
02.12.2017