“活墨水”听起来像是哈利波特小说中的幻想。但这实际上是科学家们所描述的一种含有细菌的新型3-D凝胶,它能产生有助于伤口愈合和水清理的分子。这种材料可以根据不同的用途定制,通过添加各种细菌,并通过3d打印机的喷嘴喷射成许多有用的形状。

虽然细菌会导致感染,但它们也是多功能的工作主流。各种类型的微生物分解污染物,合成有用的化合物并进行光合作用和其他代谢过程。“We thought 3-D printing might be a nice opportunity to structure these bacteria into functional materials,” says Patrick Rühs, a postdoctoral researcher studying complex materials at the Swiss Federal Institute of Technology (E.T.H.) Zurich and an author of a new paper describing the process. It was published today in科学的进步

他和他的同事开始设计水凝胶,是一种吸收大量水的聚合物网络。例如,明胶是水凝胶。水性结构允许凝胶流过3-D打印机的喷嘴,但之后固化。团队的水凝胶具有两种糖基聚合物成分 - 透明质酸和海藻提取物菜蛋白 - 提供结构并滋养细菌凝胶还含有熏蒸二氧化硅,使材料更粘稠和弹性。在将细菌添加到凝胶中后,将材料喷出并形成握住其印刷形状的弹力网络。

这种新材料的一个很有前途的应用是伤口和烧伤的定制治疗。用凝胶中的营养物质和氧气喂养,细菌被称为acetobacter木瓜使纤维素,当放置在伤口表面上时速度速度的分子。它为皮肤移植或工程组织制成一个好的脚手架。用纤维素涂覆移植器官也可以降低其排斥的风险。对于所有这些用途,靠近身体部位更好。Rühs说,含有细菌的水凝胶可用于制造在身体部位或器官的精确形状的纤维素敷料中,Rühs说。

为了测试这个想法,研究人员用水凝胶答:xylinum.他们使用一种能处理弯曲表面的3d打印机,在一个娃娃的脸上涂上一层薄薄的水凝胶。在温暖潮湿的环境中待了四天之后,细菌将水凝胶表面转变为纤维素表面。纤维素只在水凝胶的表面生成,因为那里是氧气的主要来源——因此,该方法可以产生适合伤口治疗的薄涂层。“这是第一个通过3d打印细菌产生图案材料的例子,”代尔夫特理工大学的生物纳米科学教授安妮·迈耶(Anne Meyer)说,她没有参与这项研究。她的团队开发了一种较早的细菌水凝胶,用海藻生产的聚合物藻酸盐制成,但没有将其应用于功能性产品。

类似的细菌材料可以帮助清洁环境。E.T.H.团队制成了一种包含一种菌株的水凝胶网Pseudomonas普蒂达脱落污染物酚。该网格在大约六天内清除了苯酚的溶液。这将是生物修复,Meyer Notes的一个方便的设置,因为网格中的细菌可以重用或转移到新位置。

但是,可重用性可能存在问题。当研究人员在网格中冲洗并在新的酚溶液中重复实验时,清理时间降至一天,最有可能因为一些细菌逃逸到溶液中,而在基质中越来越持续增长。这可能使清理更有效,但在实践中可能不太理想,因为它可以将细菌引入环境中,这是德克萨斯大学的化学家在奥斯汀的奥斯汀,他不是一部分工作。

Rühs说,该团队仍在为现实世界的测试改进材料。因为“活墨水”可以用任何种类或细菌的组合制成,研究人员也在考虑其他应用。例如,他们想通过设计一种具有亲脂聚合物的水凝胶来解决石油泄漏问题,这种水凝胶可以吸收石油而不是水。一旦它吸收了油,凝胶内的细菌可以分解油。