科學家將細菌“變身”微型3D打印機 定制化結(jié)構(gòu)可靈活控制菌落生長

來源: 前瞻網(wǎng)

阿爾托大學(Aalto University)的一個研究小組利用細菌制造出了由納米纖維素制成的設(shè)計復(fù)雜的三維物體。利用他們的技術(shù)，研究人員能夠通過使用強疏水或超疏水表面來指導細菌菌落的生長。這些三維對象顯示出巨大的醫(yī)療用途潛力，包括支持組織再生或作為支架/植入物替代受損器官。研究結(jié)果發(fā)表在《ACS Nano》雜志上。

與目前通過3D打印方法制造的纖維物體不同，新技術(shù)允許直徑比人類頭發(fā)細1000倍的纖維以任何方向?qū)R，甚至跨層排列，以及各種厚度和地形梯度，這為應(yīng)用于組織再生開辟了新的可能性。這些物理特性，對于肌肉和大腦中某些組織的生長和再生的支持材料至關(guān)重要。

阿爾托大學(Aalto University)的博士生路易斯·格里卡(Luiz Greca)解釋說:“這就像一個瓶子里有數(shù)十億臺微型3D打印機?！薄拔覀兛梢园鸭毦胂蟪商烊坏奈⑿蜋C器人，它們利用提供給它們的積木，在正確輸入的情況下，創(chuàng)造出復(fù)雜的形狀和結(jié)構(gòu)?！?br />
一旦進入有水和營養(yǎng)物質(zhì)(糖、蛋白質(zhì)和空氣)的超疏水霉菌中，需氧細菌就會產(chǎn)生納米纖維素。這種超疏水表面本質(zhì)上是封閉了一層薄薄的空氣，這促使細菌創(chuàng)造出一種纖維生物膜，復(fù)制霉菌的表面和形狀。隨著時間的推移，生物膜變得越來越厚，物體變得更強。

利用這項技術(shù)，該團隊已經(jīng)創(chuàng)造出具有預(yù)先設(shè)計特征的3D物體，從一根頭發(fā)直徑的十分之一一直測量到15-20厘米。納米纖維在接觸人體組織時不會引起不良反應(yīng)。該方法也可用于培養(yǎng)逼真的器官模型，以培訓外科醫(yī)生或提高體外測試的準確性。

“我們正在探索將其應(yīng)用于與年齡相關(guān)的組織退化，這種方法在這方面和其他方面都向前邁進了一步?！毖芯啃〗M負責人奧蘭多·羅哈斯（Orlando Rojas）教授表示。他補充說，該團隊使用的菌種——Komagataeibacter medellinensis，是由先前來自玻利維亞教皇大學的合作者在哥倫比亞麥德林市的一個當?shù)厥袌霭l(fā)現(xiàn)的。

在自然和工程中，超疏水表面的設(shè)計都是為了盡量減少灰塵顆粒和微生物的粘附。這項工作有望為使用超疏水表面精確制造天然材料開辟新的可能性，
由于細菌可以被移除或留在最終的材料中，3D物體也可以隨著時間進化成一個有生命的有機體。這項發(fā)現(xiàn)為完全控制細菌制造的材料提供了重要的一步。

“我們的研究確實表明，我們需要了解細菌在界面上相互作用的細節(jié)，以及它們制造可持續(xù)材料的能力。我們希望這些結(jié)果也能激勵從事細菌排斥表面和用細菌制造材料的科學家。”研究人員表示。