3D-печать чернилами с добавлением бактерий позволяет получить костеподобные композиты

Исследователи из лаборатории мягких материалов Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) создали чернила для 3D-печати, содержащие Sporosarcina pasteurii: бактерию, которая при воздействии раствора, содержащего мочевину, запускает процесс минерализации, в результате которого образуется карбонат кальция (CaCO₃).

Чернила, получившие название BactoInk, могут быть использованы для 3D-печати объектов практически любой формы, которые затем будет постепенно минерализоваться в течение нескольких дней.

"3D-печать в целом приобретает все большее значение, но количество материалов, которые можно использовать для 3D-печати, ограничено по той простой причине, что чернила должны соответствовать определенным условиям текучести, - объясняет руководитель лаборатории Эстер Амстад. - Например, они должны вести себя как твердое тело в состоянии покоя, но при этом быть экструдируемыми через сопло для 3D-печати - что-то вроде кетчупа".

По его словам, краски для 3D-печати, содержащие мелкие минеральные частицы, ранее использовались для удовлетворения некоторых из этих критериев текучести, но полученные структуры, как правило, были мягкими или сжимались при сушке, что приводило к растрескиванию и потере контроля над формой конечного продукта.

"Поэтому мы придумали простой трюк: вместо печати минералов мы напечатали полимерный каркас, используя наш BactoInk, который затем был минерализован на втором, отдельном этапе. Примерно через четыре дня процесс минерализации, инициированный бактериями, живущими в строительном лесе, привел к получению конечного продукта с содержанием минералов более 90%", - отметил Амстад.

В результате получился прочный и упругий биокомпозит, который можно изготовить с помощью стандартного 3D-принтера и натуральных материалов, причем без экстремальных температур, которые часто требуются для производства керамики. Готовые изделия уже не содержат живых бактерий, так как по окончании процесса минерализации они погружаются в этанол.

Информация о методе, описывающием первые чернила для 3D-печати, в которых используются бактерии для вызывания минерализации, была недавно опубликована в журнале Materials Today.

В пресс-релизе EPFL отмечается, что разработанный подход несколько потенциальных вариантов применения в широком спектре областей, от искусства и экологии до биомедицины. Амстад считает, что реставрация произведений искусства может быть значительно облегчена с помощью BactoInk, которые также могут быть непосредственно введены в форму или целевое место - например, трещину в вазе или скол в статуе. Механические свойства чернил придают им прочность и устойчивость к усадке, необходимые для ремонта произведения искусства, а также предотвращают дальнейшие повреждения в процессе реставрации.

Использование только экологически чистых материалов и способность метода производить минерализованный биокомпозит также делает его перспективным для создания искусственных кораллов, которые могут быть использованы для восстановления поврежденных морских рифов. Наконец, тот факт, что структура и механические свойства биокомпозита имитируют структуру и механические свойства кости, потенциально может сделать его интересным для будущих биомедицинских применений.