Mini-fabbriche stampate in 3D

Presto non ci sarà più nulla che non possa essere prodotto con la stampa 3D. Finora, tuttavia, i materiali utilizzati per questo scopo sono stati "materia morta" come la plastica o i metalli.

Un gruppo di Fare ricerca all'ETH, guidato dal professore André Studart, capo del Laboratorio per i Materiali Complessi, presenta una nuova piattaforma di stampa 3D che lavora con la materia vivente. I ricercatori hanno sviluppato un inchiostro che contiene batteri. Questo può essere utilizzato per stampare mini-fabbriche biochimiche con funzionalità diverse, a seconda dei tipi di batteri utilizzati dai ricercatori nell'inchiostro.

Sfruttare le proprietà dei batteri

Nel loro lavoro, i collaboratori di Studart Patrick Rühs e Manuel Schaffner hanno utilizzato le specie batteriche Pseudomonas putida e Acetobacter xylinum. La prima specie è in grado di scomporre il fenolo tossico prodotto su larga scala dall'industria chimica. La seconda specie secerne nano-cellulosa altamente pura. La cellulosa batterica ha un effetto analgesico, mantiene la pelle idratata ed è stabile. Potrebbe quindi essere utilizzata per trattare le ustioni.

La nuova piattaforma di stampa dei ricercatori dell'ETH offre numerose combinazioni possibili. Ad esempio, gli scienziati possono utilizzare fino a quattro inchiostri diversi con diversi tipi di batteri in diverse concentrazioni in una singola tiratura, per produrre oggetti con funzioni multiple.

L'inchiostro consiste in un idrogel biocompatibile e strutturante. Contiene acido ialuronico, molecole di zucchero a catena lunga e acido silicico. Il terreno di coltura dei batteri viene aggiunto all'inchiostro in modo che i batteri abbiano tutto ciò di cui hanno bisogno per vivere. I ricercatori possono aggiungere i batteri con le proprietà desiderate a questo idrogel e, infine, stampare qualsiasi struttura tridimensionale.

Viscoso come il dentifricio

Durante lo sviluppo dell'idrogel contenente batteri, le sue proprietà di flusso hanno rappresentato una sfida particolare. L'inchiostro deve essere in grado di scorrere a sufficienza per poter essere spinto attraverso l'ugello di stampa. Più l'inchiostro è solido, più è difficile per i batteri muoversi al suo interno e meno sono produttivi. Allo stesso tempo, gli stampi stampati devono essere abbastanza stabili da poter sponsorizzare il peso degli strati aggiuntivi. "L'inchiostro deve essere viscoso come un dentifricio e avere la consistenza della crema per le mani Nivea", spiega Schaffner, riassumendo la ricetta del successo.

Gli scienziati hanno chiamato il loro nuovo materiale di stampa "Flink", che sta per "functional living ink". Hanno appena pubblicato questa tecnologia sulla rivista scientifica pagina esternaAvanzamenti della scienza presentato.

Un enorme potenziale

Gli scienziati dei materiali non hanno ancora studiato la durata di vita delle mini-fabbriche stampate. "Dato che i batteri non hanno praticamente alcun requisito, presumiamo che possano sopravvivere nelle strutture stampate per molto tempo", stima Rühs.

La ricerca è solo all'inizio. "Il potenziale della stampa con idrogeli contenenti batteri è enorme, perché la varietà di batteri utili è molto ampia", afferma Rühs. Egli attribuisce il fatto che quasi nessuno abbia lavorato con i batteri nei processi additivi alla cattiva reputazione dei microrganismi. "La maggior parte delle persone associa i batteri solo alle malattie. Ma non potremmo vivere senza di loro", sottolinea. I ricercatori ritengono inoltre che il loro nuovo inchiostro sia completamente innocuo. I batteri utilizzati sono tutti innocui e benefici.

Sensore di sostanze tossiche e filtro antiparassitario per olio

Oltre alle applicazioni mediche e biotecnologiche, i ricercatori possono immaginare molte altre applicazioni utili. Ad esempio, questi oggetti possono essere utilizzati per studiare i processi di degradazione o la formazione di biofilm. Un'applicazione pratica potrebbe essere un sensore stampato in 3D con batteri, che indicherebbe la presenza di tossine nell'acqua potabile. ? anche possibile pensare a filtri contenenti batteri da utilizzare in caso di fuoriuscite di petrolio. Le sfide attuali sono i lunghi tempi di stampa e la difficoltà di scalabilità. Produrre cellulosa per applicazioni biomediche Acetobacterattualmente richiede diversi giorni. Tuttavia, gli scienziati sono convinti di poter ancora ottimizzare e accelerare i processi.

Lo sviluppo di materiali speciali per la stampa 3D è una specialità del gruppo di ricerca del professor André Studart dell'ETH. Lui e il suo team hanno anche sviluppato un inchiostro ceramico stampabile e altamente poroso che può essere utilizzato per stampare strutture ossee molto leggere per la generazione di energia.