Главная Новости Бактерии помогают создавать биокомпозитный материал при помощи 3D печати

Бактерии помогают создавать биокомпозитный материал при помощи 3D печати

OxyGena

Современные аддитивные технологии могут использовать весьма нестандартные вещества в качестве рабочего материала, в том числе клетки живых организмов, шоколад и многое другое. Теперь этот список дополнился еще одной живой субстанцией – бактериями. Изобрести такую комбинацию удалось группе ученых из EPFL – технологического института Лозанны (Швейцария). В частности, они разработали инновационный метод 3D печати из чернил с бактериями, производящими карбонат кальция. В результате процесса исследователи получили прочный, легкий и экологичный биокомпозитный материал с массой перспективных сфер применения.

Это определенно не первый случай, когда ученые обратились к природе в поисках идей для аддитивного производства. В 3D печати довольно часто используется биомимикрия – новая наука, изучающая окружающую среду и заимствующая ее конструкции или процессы для поиска инженерных решений. В качестве простого примера здесь можно привести пчелиные соты, ячеистая структура которых стала образцом для множества искусственных объектов. 

Исследователи изучают природу и черпают в ней идеи для производства инновационных биокомпозитов. Эти материалы имеют ряд преимуществ, являясь одновременно прочными, жесткими, пористыми и экологичными (например, как кость или ракушка моллюска). Такую структуру почти невозможно создать промышленными методами, однако теперь это стало реально, благодаря биочернилам для 3D печати, в составе которых находятся живые бактерии. 

Как происходит 3D печать с участием бактерий?

Процесс 3D печати из живых структурных биокомпозитов подробно описан в статье, написанной группой ученых из лаборатории мягких материалов института EPFL и опубликованной в журнале Materials Today. Им удалось создать биочернила для аддитивного производства, в составе которых находятся бактерии Sporosarcina pasteurii. Они имеют весьма интересную способность – оказываясь в среде с содержанием мочевины, они начинают процесс минерализации и в результате производят карбонат кальция (CaCO3). Инновационный материал получил название BactoInk, с его помощью можно печатать объекты буквально любой формы, которые затвердевают через несколько дней. 

Разработка чернил со способностью к минерализации позволила устранить ряд недостатков, свойственных 3D печати из жидкого сырья. Ранее считалось, что процесс печати из чернил проходит сложнее, чем из твердых материалов. Она требует специальных условий подачи вещества, а готовые детали часто получаются слишком мягкими или деформированными. Ученые из EPFL придумали способ обхода этих ограничений: вместо создания полноценного изделия они напечатали его полимерный каркас из чернил BactoInk. Далее в заготовке начался процесс минерализации под воздействием бактерий и через 4 дня исследователи получили готовую деталь с исключительно твердой поверхностью. Степень минерализации таких объектов в итоге достигает 90%.

Результатом проекта стало появление прочного и жесткого биокомпозита, который легко производится на обычном 3D принтере. Материал не только является твердым и легким, но также имеет пористую структуру, чего непросто достичь при помощи аддитивных технологий. Еще стоит отметить, что в готовых изделиях уже нет живых бактерий, поэтому они абсолютно безопасны для человека и окружающей среды. Исследователи рассказали о потенциальных сферах применения инновационного биокомпозита. Одной из них является реставрация произведений искусства – чернила вводятся непосредственно в конструкцию картины, статуи или другого объекта, после чего они затвердевают и восстанавливают место повреждения. Еще одним перспективным предназначением биочернил называют восстановление коралловых рифов, что считается важной задачей современной экологии. 

Подводя итог, можно сказать, что простота и универсальность применения чернил BactoInk гармонично сочетаются с преимуществами физических свойств минерализованных материалов и их экологичностью. Такая комбинация качеств открывает широкие перспективы для производства легких и прочных биокомпозитов, которые превосходят свои синтетические аналоги по ряду параметров.

Вам также может понравится