科学家使用细菌作为Micro-3D打印机来创建高度定制的结构

细菌产生的纳米纤维素纤维比人的头发细一千倍。

技术创造了高度可定制的结构，可用于再生医学。

阿尔托大学的一个研究小组利用细菌来生产由纳米纤维素制成的复杂设计的三维物体。利用他们的技术，研究人员能够通过使用具有强疏水性或超疏水性的​​表面来指导细菌菌落的生长。这些物体在医学上显示出巨大的潜力，包括支持组织再生或作为支架来替换受损的器官。研究结果已发表在ACS Nano杂志上。

与通过当前的3D打印方法制成的纤维物体不同，新技术允许直径比人的头发细一千倍的纤维以任何方向（甚至跨层）以及各种厚度和形貌梯度进行对齐，从而打开了新的世界。用于组织再生的可能性。这些类型的物理特性对于支持材料在肌肉以及大脑中某些类型的组织的生长和再生至关重要。

阿尔托大学的博士生路易斯·格里卡（Luiz Greca）解释说：“这就像是将数十亿个微型3D打印机装在瓶子里一样。”“我们可以将细菌视为天然的微型机器人，它们利用提供给他们的构件，并在正确的输入下创造出复杂的形状和结构。”

一旦进入具有水和营养成分（糖，蛋白质和空气）的超疏水性霉菌中，好氧细菌就会产生纳米纤维素。超疏水性表面基本上会捕获空气的薄层，这会促使细菌形成纤维状生物膜，从而复制霉菌的表面和形状。随着时间的流逝，生物膜变得越来越厚，物体变得更坚固。

使用这项技术，研究人员创建了经过微调的结构，例如这种肺泡模型。

利用该技术，该团队创建了具有预先设计功能的3D对象，其尺寸从单根头发的十分之一一直到15到20厘米不等。纳米纤维与人体组织接触时不会引起不良反应。该方法还可以用于培养逼真的器官模型，以培训外科医生或提高体外测试的准确性。

“这就像是将数十亿个微型3D打印机装在瓶子里一样。”

—路易斯·格瑞卡（Luiz Greca），博士生

“利用强大的纤维素纳米纤维及其形成的网络，扩展生物制造领域确实令人兴奋。我们正在探索与年龄有关的组织变性的应用，这种方法是朝着这个方向和其他方向迈出的一步。”研究小组负责人奥兰多·罗哈斯教授说。他补充说，研究小组使用的细菌菌株，是在哥伦比亚麦德林市的一个当地市场上发现的，该菌株是由玻利维亚大学庞培大学以前的合作者发现的。

超疏水涂层在霉菌和细菌培养物之间捕获一层空气，引导纳米纤维素纤维的生长。

在自然界和工程界，超疏水性表面的设计均旨在最大程度地减少灰尘颗粒和微生物的附着力。预期这项工作将为使用超疏水表面精确生产天然制造的材料开辟新的可能性。

由于细菌可以被去除或留在最终材料中，因此3D对象也可以随着时间的流逝而演变为生物。这些发现为全面控制细菌制造的材料提供了重要的一步。

“我们的研究确实表明，需要了解细菌在界面处相互作用的精细细节及其制造可持续材料的能力。我们希望这些结果也能激发科学家们在细菌排斥表面和由细菌制成材料的表面上进行研究。” Blaise Tardy博士说。

参考：Luiz G. Greca，Mahdi Rafiee，AlpKarakoç，Janika Lehtonen，Bruno D. Mattos，Blaise L. Tardy和Orlando J. Rojas撰写的“通过控制疏水性超疏水性表面的润湿来制造复杂材料的生物活性指南”，2020年10月5日， ACS Nano.DOI：
10.1021 / acsnano.0c03999