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2021/03/22 細菌化身為微型3D列印機?!這絕對是最OMG的列印技術!

生物領域上的3D列印技術,以「生物墨水」來列印出生物器官,為移植器官手術提供極具前瞻性的發展,那麼直接以細菌為3D列印機,又是什麼樣的超前技術?

 細菌所產生的奈米纖維,比人類的頭髮寬度還要薄一千倍左右。

可用於
再生醫學的高度訂製結構
芬蘭阿爾託大學的一個研究小組,利用細菌生產出由奈米纖維素製成的三維物體,其設計複雜,通過他們的技術,研究人員能夠通過使用具有強疏水性或超疏水性的表面來引導細菌菌落的生長。這些物體在醫療方面顯示出巨大的潛力,包括支援組織再生或作為支架來取代受損的器官,該研究結果已發表在《ACS Nano》雜誌上。

與目前通過3D列印方法製造的纖維物體不同,這項新技術可以讓直徑比人類的頭髮薄一千倍的纖維,以任何方向排列,甚至還可以跨層排列,以及決定各種厚度和拓撲的梯度,為組織再生的應用開闢了新的可能性。這類物理特性,對於肌肉以及大腦中的某些組織生長和支持再生的材料,扮演著至關重要的角色。



這項技術,就像擁有數十億個適合在瓶子裡操作的微型3D列印機,我們可以把細菌視為天然的微型機器人,而細菌將會提供它們的「積木」,並通過正確的輸入,創造複雜的狀形和結構。一旦在具有水和營養物質(糖、蛋白質和空氣)的超疏水模具中,好氧細菌就會產生奈米纖維素。超疏水表面基本上會捕獲一層薄薄的空氣,這促使細菌製造出一個可複製模具表面和形狀的纖維狀生物膜,隨著時間的推移,生物膜會愈來愈厚,物體也愈來愈堅固。
 
利用這項技術,研究人員創造了這種肺泡模型,可見它結構的精細度。
 
該團隊利用這項技術,創造了具有預先設計特徵的3D物體,尺寸從一根頭髮直徑的十分之一,一直到15-20釐米。這種奈米大小的纖維在接觸人體組織時不會引起不良反應,而該方法還可用於培養逼真的器官模型,並用於培訓外科醫生或提高體外試驗的準確度。

「這就像有數十億台微型3D列印機裝在瓶子裡一樣。」博士生Luiz Greca如此說道。

從這個利用奈米纖維素纖維及其形成的網絡,拓展這樣的生物製造領域,絕對是令人振奮的研究。在研究小組負責人Orlando Rojas教授的帶領下,該小組正在研究與年齡相關的組織退化應用,他們使用的細菌菌株Komagataeibacter medellinensis,是由之前來自Universidad Pontificia Bolivariana的合作者,在哥倫比亞麥德林市的當地市場發現的。
 
 超疏水塗層在黴菌和細菌培養物之間捕獲一層空氣,可引導奈米纖維素纖維生長。
 
在自然界和工程界方面,超疏水表面的設計是為了最大限度地減少灰塵顆粒和微生物的黏附,這項工作有望為使用超疏水表面生產精確的天然製造材料,開闢新的可能性。由於細菌可以被移除或留在最終的材料中,3D物體也可隨著時間的推移,演變成一個活的生物體,這些發現,為充分利用細菌製造材料的全面控制性,邁出了重要的一步。而這項研究確實表明了,既要了解細菌在介面上相互作用的精細細節,也要了解它們製造可持續材料的能力,該研究小組也希望這些結果能啟發從事細菌排斥表面,和利用細菌製造材料的科學家。

參考文獻︰"Guiding Bacterial Activity for Biofabrication of Complex Materials via Controlled Wetting of Superhydrophobic Surfaces"


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