Imprimarea 3D folosind cerneală cu bacterii produce compuși asemănători oaselor

Cercetătorii de la EPFL, din Elveția, au dezvoltat imprimarea 3D folosind cerneală cu bacterii producătoare de carbonat de calciu. Biocompozitul mineralizat imprimat 3D este deosebit de puternic, ușor și prietenos cu mediul, cu o gamă largă de aplicații de la artă la biomedicină.

Natura are un talent extraordinar de a produce materiale compozite care sunt simultan ușoare și puternice, dar și poroase și rigide, cum ar fi cochiliile de moluște sau oasele. Dar producerea unor astfel de materiale într-un laborator sau fabrică, în special folosind materiale și procese ecologice, este extrem de dificilă.

• De ce ne curge nasul de la mâncarea picantă?
• Sunt alimentele fermentate bune pentru intestine sau doar delicioase?

Cercetătorii au apelat la natură pentru a găsi o soluție. Ei au creat imprimarea 3D folosind cerneală cu bacterii Sporosarcina pasteurii: bacterii care, atunci când sunt expuse la o soluție care conține uree, declanșează un proces de mineralizare care produce carbonat de calciu (CaCO3).

Rezultatul este că cercetătorii pot folosi cerneala, denumită BactoInk, pentru a imprima 3D practic orice formă, care se va mineraliza apoi treptat în decurs de câteva zile.

Cum funcționează imprimarea 3D folosind cerneală cu bacterii?

„Imprimarea 3D capătă o importanță din ce în ce mai mare în general, dar numărul de materiale care pot fi imprimate 3D este limitat din simplul motiv că cernelurile trebuie să îndeplinească anumite condiții de curgere”, explică șefa de laborator Esther Amstad.

„De exemplu, trebuie să se comporte ca un solid atunci când este în repaus, dar să fie extrudabilă printr-o duză de imprimare 3D”, a spus ea, citată de Tech Xplore.

Amstad explică că cernelurile de imprimare 3D care conțin particule minerale mici au fost folosite anterior pentru a îndeplini unele dintre aceste criterii de curgere, dar că structurile rezultate tind să fie moi sau să se micșoreze la uscare, ceea ce duce la crăpare și la pierderea controlului asupra formei produsului final.

„Așadar, am realizat un truc simplu: în loc să imprimăm minerale, am imprimat o schelă polimerică folosind BactoInk, care este apoi mineralizat într-o a doua etapă separată. După aproximativ patru zile, procesul de mineralizare declanșat de bacteriile din schelă duce la un produs final cu un conținut de minerale de peste 90%”, explică cercetătoarea.

Un material deosebit de rezistent

Rezultatul este un bio-compozit puternic și rezistent, care poate fi produs folosind o imprimantă 3D standard și materiale naturale, fără temperaturile extreme adesea necesare pentru fabricarea ceramicii. Produsele finale nu mai conțin bacterii vii, deoarece sunt scufundate în etanol la sfârșitul procesului de mineralizare.

Metoda care descrie imprimarea 3D folosind cerneală cu bacterii pentru a induce mineralizarea a fost publicată recent în revista Materials Today.

Această abordare are mai multe aplicații potențiale într-o gamă largă de domenii, de la artă și ecologie la biomedicină.

Imprimarea 3D folosind cerneală cu bacterii ar putea salva arta, dar și coralii

Amstad consideră că restaurarea operelor de artă ar putea fi facilitată foarte mult de BactoInk, care poate fi, de asemenea, injectată direct într-o matriță sau într-un loc țintă, cum ar fi o fisură dintr-o vază sau dintr-o statuie. Proprietățile mecanice ale cernelii îi conferă rezistența la contracție necesară pentru a repara o operă de artă, precum și pentru a preveni deteriorarea ulterioară în timpul procesului de restaurare.

Folosirea exclusivă a materialelor ecologice și capacitatea de a produce un biocompozit mineralizat fac din această metodă un candidat promițător pentru construirea de corali artificiali, care pot fi folosiți pentru a ajuta la regenerarea recifelor marine deteriorate. În cele din urmă, faptul că structura biocompozitului și proprietățile mecanice le imită pe cele ale osului ar putea să-l facă interesant pentru viitoare aplicații biomedicale.

„Versatilitatea procesării BactoInk, combinată cu impactul scăzut asupra mediului și proprietățile mecanice excelente ale materialelor mineralizate, deschide multe noi posibilități de fabricare a compozitelor ușoare, portante, care sunt mai asemănătoare cu materialele naturale decât cu compozitele sintetice de astăzi” spune Amstad.

Vă recomandăm să citiți și:

O stație spațială exclusiv privată este în curs de construire în Italia

Cercetătorii dezvoltă o nouă tehnică pentru studiul mitocondriilor

Colierul inteligent care te scapă de fumat

Cercetătorii lucrează la lentilele de contact cu navigație GPS