材料

科学家最新的3D生物打印木材可以生产出未来的环保家具

科学家从麻省理工学院(麻省理工学院)已经开发出了实验室生长的木细胞,可以形成一种新的、更可持续的3D打印生物材料的基础。

通过培育植物组织,如人工肉,研究人员已经能够调整它们的形态,并消除通常需要获取木材的浪费收获。虽然该团队的研究仍处于早期阶段,但他们相信,在未来,它可以被用于3D打印环保家具,或生产合成木材,以缓解日益严重的森林砍伐危机。

该研究的主要作者阿什利·贝克威斯(Ashley Beckwith)说:“我们投入了大量资源来种植整株植物,而我们实际上只使用了植物的很小一部分。告诉BBC“因此,我们需要找到一种更有战略意义的方式来复制不那么依赖土地的材料。”

研究人员用木化细胞进行3D生物打印培养。
研究人员用木化细胞进行3D生物打印培养。图片来自《清洁生产杂志》。

在生产中更换木材

与化石燃料相比,木材和其他植物基材料往往因其可再生性而受到称赞,因此,它们经常被用于生产消费品和能源生产。然而,我们对木材的过度依赖导致了越来越多的大规模森林砍伐,这可能会对环境造成持久的后果。

从本质上讲,木材的生长和收集方式几个世纪以来都没有改变过,整个植物都被种植,然后有用的部分被收获,剩下的作为自然废物燃烧。这种方法导致大部分树木被丢弃,如果考虑到土地、肥料和运输的成本,这种方法也相当昂贵。

相比之下,实验室种植的材料具有缓解农业压力的潜力,因为它们可以按照规格种植,无需丢弃不需要的碎片。在其他地方,作为一种被称为“微繁殖”的做法的一部分,小植物样本被大量培养成幼苗,然后重新分配,但这种方法具有高度选择性,通常只用于保存最稀有的物种。

然而,如果在更大的范围内应用于木材的生长,微繁殖可能会产生更广泛的影响,大幅减少培养植物基材料所需的时间。通过结合这些方法,麻省理工学院的团队因此开发了一种具有可调特性的新型生物材料,并试图将其3D打印成可伸缩的复杂结构。

麻省理工学院科学家的3D生物打印方法。
研究人员的3D生物打印方法使他们能够生产出细胞存活率超过70%的生物结构。图片来自《清洁生产杂志》。

培育一种新型生物材料

为了测试的目的,科学家们从研究充分的细胞中提取活细胞Zinnia线虫植物种类,用营养物培养它们,并将它们悬浮在凝胶支架中。在这样做的过程中,该团队允许植物细胞在不需要阳光或土壤的情况下生长到支架中,同时只产生可收获的元素。

在细胞生长过程中,研究人员能够调整它们的激素浓度、pH值水平、密度和整体功能,确保它们产生具有最佳性能的生物材料。经过大量的修补,研究小组成功地排列了细胞,使它们形成了一种次级木质素增强细胞壁,并有效地转化为一种以木材为基础的凝胶。

一旦他们的新材料准备好,科学家们就使用3D生物打印和注射成型相结合的方法,制造了一系列薄树状的测试结构。虽然打印出来的物体在10天内显示出超过70%的细胞活力,但它们也具有低水平的机械强度,目前这限制了它们在家具等承重结构中的使用。

因此,麻省理工学院的研究小组认为他们的研究更像是一个概念验证,证明了比目前的农业方法更有效地种植木材的可行性。随着培养参数的进一步研发,研究人员认为,在未来,他们的方法可能会产生各种其他3D打印家居产品,对自然世界造成很少或没有损害。

贝克维斯总结道:“我不知道我能不能造出一个完全组装的桌子,因为这不是一个很好的空间利用,但它有潜力。”“这是一个伟大的愿景,人们已经真正接受了这个概念,所以我希望我们能引起更多的兴趣,让更多的人参与进来,让它真正实现。”

生物打印材料

随着对抗全球变暖的竞赛升温,科学家们正在开发合成生物材料,作为一种更可持续的天然原料的替代品。

研究人员弗莱堡大学已经采取了不同的方法,以麻省理工团队,并创建了一个新型木质3D打印材料他们自己的。使用复合纤维素球,德国团队生产了一种生物合成聚合物,可用于轻型建筑或工业应用。

同样,作为欧盟支持的一部分因为该项目的研究人员目前正在进行3D打印基于纤维素的组件适用于汽车、船舶或电气绝缘行业。总体而言,该项目旨在提高全球资源利用效率,作为应对气候变化和建设更循环经济的一种手段。

在更多的实验研究中,科学家在德国联邦材料研究和测试研究所,正试图3D打印白蚁垃圾在环保的结构。虽然这种新型生物材料最初表现出较低的机械强度,但它也能够在没有聚合物添加剂的情况下进行粘结剂喷射。

研究人员的研究结果详细发表在他们题为《利用百日草线虫模型进行体外细胞培养的可调植物基材料由阿什利·l·贝克维斯(Ashley L. Beckwith)、杰弗里·t·伯伦斯坦(Jeffrey T. Borenstein)和路易斯·f·Velásquez-García共同撰写。

要了解最新的3D打印新闻,不要忘记订阅the爱游戏备用网址3D打印行业通讯ayx体育彩票或者跟随我们推特或者喜欢我们的页面脸谱网

你想在增材制造行业找一份工作吗?访问3 d打印工作来选择行业中的角色。

这张照片展示了研究人员用木质化细胞进行的3D生物打印培养物。图片来自《清洁生产杂志》。