Истории

Ученые разработали живые чернила для 3D-печати, способные к самовосстановлению

Истории
Артём Маилян
Артём Маилян

Редактор рубрики «Истории»

Артём Маилян

Офисный принтер (ночной кошмар секретарей) и бактерия E. Coli, кишечная палочка (ночной кошмар салата ромэн) — на первый взгляд странный, если не сказать противный, союз.

Но недавно ученые объединили достоинства раздражающей оргтехники и токсичного микроба и создали живые чернила, полностью состоящие из микроорганизмов. Они похожи на зубную пасту, которую мы выдавливаем из тюбика, и их можно использовать  для 3D-принтера, чтобы напечать самые разные фигуры — круг, квадрат и конус.

Ученые разработали живые чернила для 3D-печати, способные к самовосстановлению

Специалисты описали «рецепт» своих микробных чернил в исследовании, опубликованном во вторник в журнале Nature Communications. 

Материал все еще находится в стадии разработки, но авторы предполагают, что чернила могут стать ключевым возобновляемым строительным материалом, способным расти и самовосстанавливаться. Он идеально подойдет для экологичных домов на Земле и в космосе.

Бактерии могут показаться неподходящим для строительства материалом. Но микроорганизмы уже являются важнейшим компонентом парфюма и витаминов. 

По словам Нила Джоши, биолога-синтетика из Северо-Восточного университета и одного из авторов новой статьи, у микробных чернил куда более грандиозные перспективы. В отличие от конструкций, отлитых из бетона или пластмассы, живые системы будут автономными, адаптивными к сигналам окружающей среды и способными к регенерации.

«Представьте себе строительство зданий, способных к регенерации», — объяснил инженер из Принстонского университета Суджит Датта.

По мнению Джоши, наиболее подходящая аналогия — превращение семени в дерево. У него есть вся необходимая информация, чтобы собрать энергию солнца и стать огромным растением. В разработанной живой системе одна клетка как раз выполняет ту же функцию. 

Микробы сами по себе не могут формироваться в фигуры. «Вспомните, как выглядит тина, — пояснил Джоши. — Это как раз тот уровень сложности, который удобен бактериям в плане создания форм».

Как создавать продукты, которые хотят все — по ссылке

Как правило, микробные чернила опираются на каркас из полимеров, чтобы придать жесткость своим палочковидным формам. Но полимеры имеют свои ограничения и могут изменять механические свойства чернил нежелательным образом. 

Кроме того, полимеры должны быть биосовместимыми, чтобы микробы не погибли. А синтетические полимеры, такие как полиэтилен, получают из нефти, и это невозобновляемый материал.

Отказ от полимеров «дает гораздо больше возможностей для настройки того, что можно печатать», — сказал Р. Конан Бэй, специалист в области физики мягкой материи Колорадского университета в Боулдере, который не принимал участия в исследовании.

Многие созданные живые материалы имеют форму гидрогелей — структур, способных поглощать большое количество воды, как желатин. В 2018 году Нил Джоши и Анна Дурадж-Татте, инженер из Вирджинского технологического института и автор статьи, успешно создали гидрогель полностью из кишечной палочки, который мог расти и регенерироваться.

Гидрогель можно было выдавить через шприц, но он не был достаточно жестким, чтобы удерживать форму. «Сформировать структуру было невозможно», — сказала Дурадж-Татте.

Исследователям нужно было укрепить вещество. «Мы стали использовать фибрин — полимер для свертывания крови у людей и многих животных», — сообщил член команды Авинаш Манджула-Басаванна, который выполнил эту работу, будучи научным сотрудником Гарвардского университета.

Специалисты напечатали из микробных чернил несколько разных форм и узоров, чтобы проверить, как хорошо они способны держать форму решетки, куба, кольца и конуса, похожего на сосульку. Чернила выдавливались из принтера, как зубная паста, но не выделяли влагу и не таяли после печати, пройдя все испытания.

Чернила также проверили на прочность, чтобы узнать, насколько далеко нить из них может растянуться, не порвавшись. В ходе испытания сопло принтера выдавливало нить толщиной в полмиллиметра через линию стоящих друг за другом столбиков, и нить смогла успешно выдержать собственный вес. 

столбики
Фото в тексте: Дурадж-Татте и др., Nature Communications

Чтобы проверить, какие еще функции могут выполнять напечатанные структуры, специалисты объединили чернила с другими микробами, разработанными для выполнения определенных задач.

В одном из медицинских испытаний из чернил удалось синтезировать препарат против рака азурин. В другом тесте печатные чернила успешно задерживали токсичный химикат бисфенол, а это значит, что материал может потенциально удалять вредные загрязняющие вещества из окружающей среды.

Чернила пока не выдерживают высыхания и недостаточно устойчивы, чтобы стать основой для более крупных конструкций, таких как пригодное для жизни здание. Ученые работают над созданием более прочных печатных структур, однако не видят ограничений для возможного применения этого материала в будущем.

Исследователи по-разному оценивают перспективы своего изобретения. Некоторые надеются, что чернила можно будет использовать в медицинских целях, другие предполагают, что они станут новым способом строительства. Наверняка спрогнозировать трудно, но ученые сходятся во мнении, что у микробных чернил большое будущее. 

Источник.

Фото на обложке: motorolka / Shutterstock

Нашли опечатку? Выделите текст и нажмите Ctrl + Enter

Материалы по теме

  1. 1 Эти ошибки совершают даже опытные специалисты. На что обратить внимание при закупках в сфере строительства?
  2. 2 Продвижение строительных услуг: гайд по digital-маркетингу с примерами и кейсами
  3. 3 Интернет вещей на стройке: зачем он нужен и с чего начать
  4. 4 Бридж с банком: как застройщику получить деньги для своего проекта
  5. 5 Как контролировать работу сотрудников: реальный кейс
FutureFood
Кто производит «альтернативную» еду
Карта