3D 生物打印新突破：細(xì)菌墨水可打印任何三維結(jié)構(gòu)

加入細(xì)菌的“Flink”

由復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人 André Studart 教授領(lǐng)導(dǎo)的一組蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）研究人員開發(fā)出一種含有細(xì)菌的墨水，并將它命名為“Flink”，即“功能活性墨水”。研究成果發(fā)表在近期《Science Advances》雜志上。

墨水是由一種水凝膠和細(xì)菌混合構(gòu)成。水凝膠本身是由透明質(zhì)酸、長(zhǎng)鏈糖分子和熱解硅石構(gòu)成的。細(xì)菌的培養(yǎng)基混合到墨水中，使其具有細(xì)菌生存的所有先決條件。使用這種凝膠作為基礎(chǔ)，研究人員可以添加具有所需的“性能”的細(xì)菌，然后打印出他們喜歡的任何三維結(jié)構(gòu)。

**作者、Studart 的小組成員 Patrick Ruhs 和 Manuel Schaffne 在他們的工作中使用了惡臭假單胞菌 (putida) 和木醋桿菌(Acetobacter xylinum)。前者是可分解化學(xué)工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的有毒化學(xué)苯酚，后者則可以分泌高純度的納米纖維素。這種細(xì)菌纖維素可以緩解疼痛，保持水分，穩(wěn)定性強(qiáng)，從而開辟了在燒傷治療中的潛在的應(yīng)用。

像牙膏一樣粘稠

在開發(fā)墨水的過(guò)程中，水凝膠的流動(dòng)特性提出了一個(gè)特殊的挑戰(zhàn)：墨水必須足夠流動(dòng)，才能通過(guò)壓力噴嘴。墨水的一致性也影響細(xì)菌的流動(dòng)性，墨水越硬，細(xì)菌越難移動(dòng)。然而，如果水凝膠太硬，則醋桿菌分泌的纖維素較少。與此同時(shí)，打印品必須足夠堅(jiān)固，以支撐后續(xù)層的重量。如它們太流體，就不可能打印出足夠穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)在重壓之下坍塌。

Schaffner 總結(jié)墨水的關(guān)鍵，“墨水必須像牙膏一樣粘稠，并具有護(hù)手霜的一致性。”

到目前為止，材料科學(xué)家還沒有研究過(guò)印刷品里細(xì)菌的壽命。Ruhs 說(shuō)，“由于細(xì)菌對(duì)資源的需求非常少，所以我們認(rèn)為它們能夠在印刷品中存活很長(zhǎng)一段時(shí)間。”

巨大的應(yīng)用潛力

目前，這項(xiàng)研究仍處于初級(jí)階段，Ruhs 說(shuō)，“使用細(xì)菌墨水打印具有巨大的潛力，大多數(shù)人只把細(xì)菌與疾病聯(lián)系在一起，但是實(shí)際上如果沒有細(xì)菌，我們是無(wú)法生存的。”研究人員相信他們的細(xì)菌墨水是完全安全的，因?yàn)槭褂玫募?xì)菌都是無(wú)害且有益的。

除了醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)的應(yīng)用，研究人員還設(shè)想了許多其他的潛在用途。例如，這種物質(zhì)可用于研究降解過(guò)程或生物膜形成。一個(gè)實(shí)際應(yīng)用可能是含有細(xì)菌的 3D 打印傳感器，用于檢測(cè)飲用水中的毒素。另一個(gè)想法是制造含有細(xì)菌的過(guò)濾器，用于災(zāi)難性的石油泄漏。

想要實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用，首先需要克服 3D 生物打印時(shí)間慢、擴(kuò)展性差的挑戰(zhàn)。目前，木醋桿菌需要數(shù)天的時(shí)間才能產(chǎn)生用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的纖維素。科學(xué)家們相信，他們可以進(jìn)一步優(yōu)化和加速這個(gè)過(guò)程。