박테리아 적재 잉크를 사용한 3D 프린팅으로 뼈와 같은 합성물 생성 날짜: 2023년 2월 23일 원천: 에콜 폴리테크니크 Fédérale de Lausanne 요약: 연구자들은 탄산칼슘 생성 박테리아를 포함하는 잉크를 3D 프린팅하는 방법을 발표했습니다. 3D 프린팅된 광물성 바이오 합성물은 전례 없이 강하고 가벼우며 환경 친화적이며 예술에서 생물 의학에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용됩니다.
전체 이야기 자연은 연체 동물의 껍질이나 뼈와 같이 가볍고 강하며 다공성이면서도 단단한 복합 재료를 생산하는 특별한 요령을 가지고 있습니다. 그러나 특히 환경 친화적인 재료와 공정을 사용하여 실험실이나 공장에서 이러한 재료를 생산하는 것은 매우 어려운 일입니다.
공학부 연성 재료 연구실의 연구원들은 해결책을 찾기 위해 자연에 눈을 돌렸습니다. 그들은 요소 함유 용액에 노출될 때 탄산칼슘(CaCO 3 ) 을 생성하는 광물화 과정을 유발하는 박테리아인 Sporosarcina pasteurii를 포함하는 3D 인쇄 가능 잉크를 개척했습니다 . 결론은 연구원들이 BactoInk라고 불리는 그들의 잉크를 사용하여 거의 모든 모양을 3D 프린팅할 수 있다는 것입니다. 그런 다음 며칠 동안 점진적으로 광물화됩니다.
연구실 책임자인 Esther Amstad는 "3D 프린팅은 일반적으로 점점 더 중요해지고 있지만 잉크가 특정 흐름 조건을 충족해야 한다는 단순한 이유 때문에 3D 프린팅할 수 있는 재료의 수는 제한되어 있습니다."라고 설명합니다. "예를 들어, 정지 상태에서는 고체처럼 행동해야 하지만 3D 프린팅 노즐을 통해 여전히 압출할 수 있어야 합니다. 일종의 케첩과 같습니다."
Amstad는 작은 광물 입자를 포함하는 3D 인쇄 잉크가 이전에 이러한 흐름 기준 중 일부를 충족하는 데 사용되었지만 결과 구조가 부드럽거나 건조 시 수축되어 금이 가거나 형상에 대한 제어력을 상실하는 경향이 있다고 설명합니다. 최종 제품.
"그래서 우리는 간단한 트릭을 생각해 냈습니다. 광물을 인쇄하는 대신 BactoInk를 사용하여 폴리머 스캐폴드를 인쇄한 다음 별도의 두 번째 단계에서 광물화합니다. 약 4일 후 광물화 프로세스는 스캐폴드는 미네랄 함량이 90% 이상인 최종 제품으로 이어집니다."
그 결과 표준 3D 프린터와 천연 재료를 사용하여 세라믹 제조에 종종 요구되는 극한의 온도 없이 생산할 수 있는 강력하고 탄력적인 바이오 복합재가 탄생했습니다. 최종 제품은 광물화 과정이 끝날 때 에탄올에 잠기기 때문에 더 이상 살아있는 박테리아를 포함하지 않습니다.
박테리아를 사용하여 광물화를 유도하는 최초의 3D 프린팅 잉크를 설명하는 이 방법은 최근 Materials Today 저널에 발표되었습니다 .
예술, 산호초 또는 뼈 패치
Soft Materials Lab의 접근 방식은 예술 및 생태학에서 생물 의학에 이르기까지 광범위한 분야에 걸쳐 몇 가지 잠재적인 응용 프로그램을 가지고 있습니다. Amstad는 예술품 복원이 BactoInk에 의해 크게 촉진될 수 있다고 믿습니다. BactoInk는 곰팡이나 대상 부위(예: 꽃병의 균열 또는 동상의 칩)에 직접 주입될 수도 있습니다. 잉크의 기계적 특성은 예술 작품을 수리하는 데 필요한 강도와 수축 저항성을 부여하고 복원 과정에서 추가 손상을 방지합니다.
이 방법은 환경 친화적인 재료만을 사용하고 광물화된 생체 복합 재료를 생산할 수 있기 때문에 손상된 해양 암초를 재생하는 데 사용할 수 있는 인공 산호를 만드는 데 유망한 후보가 됩니다. 마지막으로, 생체 복합 재료의 구조 및 기계적 특성이 뼈의 특성을 모방한다는 사실은 잠재적으로 미래의 생체 의학 응용 분야에 흥미를 유발할 수 있습니다.
"BactoInk 공정의 다재다능함은 환경에 미치는 영향이 적고 광물화된 재료의 뛰어난 기계적 특성과 결합되어 오늘날의 합성 복합재보다 천연 재료에 더 가까운 가볍고 하중을 견디는 복합재를 제조할 수 있는 많은 새로운 가능성을 열어줍니다." Amstad는 요약합니다.