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《國際要聞》3D列印新技術! 透過細菌協助礦化突破3D列印墨水材料剛性不足限制
2023-03-25

※瑞士洛桑聯邦理工學院開發新3D列印技術,透過細菌協助3D列印物礦化突破目前3D列印墨水材料剛性不足限制。(Photo credit: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne and Prof. Esther Amstad)

瑞士洛桑聯邦理工學院(Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, EPFL)的研究團隊開發一種新技術,透過細菌協助3D列印物礦化結構。這個技術包含一個含有細菌聚合物的生物墨水,這些細菌在接觸尿素溶液時產生碳酸鈣。這兩步過程中,先透過列印一個3D結構後暴露於尿素中數天,在這段期間,細菌會將這個結構礦物化。這種方法使研究團隊能夠突破3D列印的一些限制,如: 在生物墨水的流動限制下,仍能製造出一種剛性的礦化結構,為植入性骨材開啟新道路。

生物列印技術正在不斷發展壯大,在製造訂製組織植入物以治療各種疾病方面有巨大的潛力。列印過程允許研究人員在列印活體細胞和生物相容性基質材料,製造一個活體結構。雖然這技術具有巨大的前景,但一些組織的列印比其他組織更具挑戰性。

首先,生物墨水必須具有幾個基本特徵,以便有效地列印。「3D列印在總體上越來越重要,但可以3D列印的材料有限,原因很簡單,墨水必須滿足某些流動條件,例如: 它們在靜止時必須表現得像固體,但仍可透過3D列印噴嘴擠出,類似番茄醬。」這項研究的計畫主持人Esther Amstad副教授說道。

這種流動需求使得最終列印產品很難達到剛性,這在列印骨骼時是一個硬限制。在過去,研究人員嘗試在墨水中加入小的礦物質顆粒,但所打印出來的結構往往太過柔軟,或遭受其他機械問題,包括: 收縮與裂開。

「因此,我們想出一個簡單的技巧,我們使用我們的細菌生物墨水(Bactolnk)列印一個聚合物支架,取代礦物質材料,然後在第二個單獨的步驟中使其礦化。大約在四天之後,由支架中的細菌引發的礦化過程導致最終的產品礦物質含量超過90%」Esther Amstad副教授繼續說道。

墨水中的細菌是一種名為Sporosarcina pasteurii的巴氏芽孢桿菌,當研究人員將列印出的結構暴露在含有尿素的溶液中時,它們會產生並分泌碳酸鈣。然而,在這些礦化過程之後,堅固的結構體可以透過浸泡在乙醇中來進行淨化,確保細菌不會進入病人體內。

(來源:Medgadget 生策中心編譯)

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