麻省理工采用3D打印方法，有望實(shí)現(xiàn)可定制的木制品

2022年5月27日，南極熊獲悉，為了對(duì)抗森林砍伐，麻省理工學(xué)院(MIT)和Charles Stark Draper實(shí)驗(yàn)室的研究人員，共同開(kāi)發(fā)了一種新的3D生物打印技術(shù)。

這項(xiàng)研究通過(guò)在體外生成植物基材料的方法，無(wú)需收獲或加工整株植物，從而實(shí)現(xiàn)：本地化、高密度生產(chǎn)、消除能源密集型收集和運(yùn)輸、減少加工和氣候適應(yīng)能力。從而減少了能源和浪費(fèi)。這項(xiàng)技術(shù)具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br />
通過(guò)利用百日草植物，在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)出來(lái)的活細(xì)胞用于打印各種定制形狀，如椅子、桌子和其他木制品，而無(wú)需砍伐任何樹(shù)木。

研究團(tuán)隊(duì)稱，還能夠在細(xì)胞生長(zhǎng)中，通過(guò)使用化學(xué)物質(zhì)來(lái)微調(diào)打印結(jié)構(gòu)的物理和機(jī)械性能，包括密度和剛度等特性。

△在3D打印之前，百日草植物細(xì)胞的顯微圖像。圖片來(lái)自麻省理工學(xué)院

森林砍伐問(wèn)題
樹(shù)木是一種重要的自然資源，它具有廣泛的用途，從建筑物、家具、紙張以及工具的所有事物。

然而，盡管木材成本相對(duì)較低且供應(yīng)廣泛，但木材并不是無(wú)限的，人們正在通過(guò)減緩森林砍伐來(lái)保持生態(tài)的穩(wěn)定。據(jù)估計(jì)，全世界每年需要砍伐大約1000萬(wàn)公頃的森林。如果不加以保護(hù)，按照目前的速度，世界上許多森林可能會(huì)在未來(lái)幾個(gè)世紀(jì)內(nèi)消失。

樹(shù)木和森林是幫助我們應(yīng)對(duì)氣候變化的絕佳工具，因此，盡可能地利用這些資源進(jìn)行戰(zhàn)略規(guī)劃，對(duì)保持生態(tài)平衡十分重要。

△麻省理工學(xué)院仿木生物材料，3D生物打印工作流程

通過(guò)3D打印實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展
為了減少對(duì)大自然的依賴，研究人員現(xiàn)在正在尋找木材的替代方案。麻省理工首先從百日草植物的葉子中分離出活細(xì)胞，將它們培養(yǎng)兩天，然后將它們轉(zhuǎn)移到凝膠培養(yǎng)基中，細(xì)胞可以得到重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和兩種不同的激素的滋養(yǎng)。

生長(zhǎng)的材料可以以天然無(wú)法獲得的形式生產(chǎn)。通過(guò)在初始生長(zhǎng)階段調(diào)整激素水平，研究人員發(fā)現(xiàn)他們可以在植物細(xì)胞生長(zhǎng)時(shí)，改變它們的物理和機(jī)械特性。然后，團(tuán)隊(duì)使用3D打印機(jī)，將富含細(xì)胞的凝膠材料擠出成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。使用這些方法，材料以自然界不易獲得的形式和規(guī)模培養(yǎng)。

△這項(xiàng)研究的更多細(xì)節(jié)可以在題為“由百日草細(xì)胞培養(yǎng)物產(chǎn)生的新型、3D打印、可調(diào)諧、實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的植物材料的物理、機(jī)械和微觀結(jié)構(gòu)表征”的論文中找到（點(diǎn)我傳送門）

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702122000451#f0005

目前，已確定激素越低，植物細(xì)胞的密度越低。隨著激素水平的提高，植物細(xì)胞生長(zhǎng)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)更小、更密集，而且硬度更高。研究團(tuán)隊(duì)甚至實(shí)現(xiàn)了與某些天然木材相當(dāng)?shù)膭偠取２⑶?，打印出?lái)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)可以存活，甚至可以在擠出后繼續(xù)生長(zhǎng)幾個(gè)月。由此，可以控制培養(yǎng)形式，從而得到，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)方法無(wú)法獲得的各種形式和規(guī)模的生長(zhǎng)材料。

對(duì)于未來(lái)的工作，Beckwith團(tuán)隊(duì)正打算研究遺傳和其他化學(xué)因素，如何影響細(xì)胞生長(zhǎng)。他們還希望將生物打印方法應(yīng)用于其他植物物種，包括松樹(shù)等樹(shù)木。最終，他們希望有朝一日可以根據(jù)預(yù)期應(yīng)用，在實(shí)驗(yàn)室中種植具有特性的木制品，例如適用于建筑墻壁的高強(qiáng)度和絕緣結(jié)構(gòu)。

△3D打印實(shí)驗(yàn)室培育的生物材料

對(duì)3D打印木材的探索
木材和仿木材料的3D打印并不是什么新鮮事。去年，3D打印機(jī)OEM廠商Desktop Metal推出其子公司Forrust的一項(xiàng)技術(shù)，利用粘合劑噴射3D打印，制造功能性木材部件。
Forrust工藝的工作原理是將木材制造和造紙工業(yè)（鋸末和木質(zhì)素）的廢料副產(chǎn)品升級(jí)，并將它們與特殊生物環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料混合。

更多關(guān)于3D打印木材的原理和研究，請(qǐng)閱讀南極熊的另一篇文章"木材如何實(shí)現(xiàn)3D打印？它是否有未來(lái)前景？"http://m.withyoor.com/thread-154677-1-1.html