科学家用合成生物学和三维打印技术打造可编程的生命材料

科学家用合成生物学和三维打印技术打造可编程的生命材料从第1天（左）到第14天（右），3D打印在水凝胶中的植物细胞生长并开始繁茂成黄色的细胞簇。图片来源：改编自ACSCentralScience2024，DOI:10.1021/acscentsci.4c00338最近，研究人员一直在开发工程活体材料，主要依靠细菌和真菌细胞作为活体成分。然而，植物细胞的独特特性激起了将其用于工程植物活体材料（EPLMs）的热情。以前，科学家们创造的基于植物细胞的材料结构相当简单，功能有限。余子怡、狄振高及其同事希望改变这种状况，他们制作了形状复杂的EPLM，其中含有可定制行为和功能的基因工程植物细胞。24天后，植物细胞在两种不同的生物墨水中产生的颜色在这种叶形工程活体材料中清晰可见。来源：改编自ACSCentralScience2024，DOI:10.1021/acscentsci.4c00338研究人员将烟草植物细胞与含有农杆菌的明胶和水凝胶微粒混合，农杆菌是一种常用于将DNA片段转入植物基因组的细菌。然后将这种生物墨水混合物在平板上或装有另一种凝胶的容器内进行3D打印，形成网格、雪花、树叶和螺旋等形状。接着，用蓝光固化打印材料中的水凝胶，使结构硬化。在随后的48小时内，EPLMs中的细菌将DNA转移到生长中的烟草细胞上。然后他们用抗生素清洗这些材料，以杀死细菌。在接下来的几周里，随着植物细胞在EPLMs中生长和复制，它们开始根据转移的DNA生成蛋白质。在这项概念验证研究中，转移的DNA使烟草植物细胞能够产生绿色荧光蛋白或贝特类色素--红色或黄色的植物色素，可作为天然着色剂和膳食补充剂。通过用两种不同的生物墨水打印叶形EPLM--一种墨水沿叶脉产生红色素，另一种墨水在叶片的其他部分产生黄色素--研究人员表明，他们的技术可以产生复杂的、空间可控的多功能结构。研究人员说，这种EPLM结合了生物体的特征和非生物物质的稳定性和耐久性，可以用作细胞工厂，生产植物代谢物或药物蛋白质，甚至用于可持续建筑应用。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429308.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429308.htm

研究人员首次实现用纯木材料3D打印物品

研究人员首次实现用纯木材料3D打印物品首先，在3D打印介质中使用木材并不是一个新想法。我们以前还看到过用从木材中提取的纤维素打印出的木质物品，以及用锯末与生物环氧树脂混合制成的3D打印吉他。麻省理工学院的科学家甚至正在开发一种方法，将实验室培养的木材培育成预定的三维形状。然而，休斯顿莱斯大学的研究人员声称，他们是第一批用完全由木材天然成分组成的材料3D打印出真正木制物品的人。除了水之外，粘稠的墨水还包括纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶体和木质素--后者是一种有机聚合物，构成了包括树木在内的植物的大部分支撑组织。纤维素和木质素都可以从林业、建筑业和消费品行业产生的木材废料中获取。木墨是通过一种称为直接墨水写入（DIW）的3D打印工艺来连续分层构建物体的。这与常用的熔融沉积建模（FDM）技术类似，熔融材料从喷嘴中挤出，冷却后硬化。在DIW技术中，材料不是冷却，而是通过烧结工艺变成固体形式。对于木质油墨来说，烧结过程包括在-85ºC(-121ºF)温度下冷冻干燥印刷物体48小时，然后在180ºC(356ºF)温度下加热20至30分钟。加热步骤将木质素转化为一种"分子胶"，将纤维素纤维和晶体结合在一起。部分3D打印木制品，包括一张小桌子和一把小椅子据报道，用这种材料打印出来的小物件在外观、结构、质地、热稳定性甚至气味方面都与天然木材十分相似。它们在机械强度上也比天然轻木更强，天然轻木在研究中被用作基线。还有一个额外的好处，就是它们在废弃后可以生物降解。但更重要的是，用油墨打印物品时，只使用打印该物品所需的油墨量。相比之下，用天然木块雕刻或碾磨物品时，去掉的所有木料都会被浪费掉。首席科学家穆罕默德-拉赫曼（MuhammadRahman）副教授说："直接利用自身天然成分创建木结构的能力为更加环保和创新的未来奠定了基础。它预示着一个可持续3D打印木结构的新时代。"科学家们承认，该过程中的冷冻干燥和加热步骤需要大量能源，因此他们正在探索替代方法。他们的研究论文最近发表在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424440.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424440.htm

特殊设计的粘性凝胶可用来在室温下3D打印金属物品

特殊设计的粘性凝胶可用来在室温下3D打印金属物品后者将水的pH值下降到1.0，以去除EGaln中的氧化物，从而暂时将其转变为液态金属状态。这导致EGaln颗粒（现在为小球）粘附在更坚固的铜颗粒上，形成由EGaln桥连接的铜颗粒网络。还添加甲基纤维素以增大混合物的体积。由此产生的粘性凝胶可以在室温下从普通3D打印机的喷嘴中挤出，一次一层地构建物品。当成品在相同温度下干燥时，水和盐酸就会蒸发。最终结果是一个刚性、高导电性的三维物体，其中金属含量高达97.5%（其余为甲基纤维素）。此外，根据凝胶挤出时颗粒排列的方式，如果在干燥时施加热量，物体将以可预测的方式改变形状。这种现象可以用于生产最终需要呈现复杂形状但更容易打印为平面图案的物品。 在下面的视频中，您可以看到如何使用凝胶3D打印一只蜘蛛，蜘蛛在加热干燥时会用腿站立。“3D打印彻底改变了制造业，但我们不知道以前有哪些技术可以让您在室温下一步打印3D金属物体，这为制造各种电子元件和设备打开了大门，”研究人员表示。有关这项研究的论文最近发表在《Matter》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369467.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369467.htm

科学家运用纳米级二氧化硅3D打印技术制作出世界上最小的酒杯

科学家运用纳米级二氧化硅3D打印技术制作出世界上最小的酒杯这种3D打印酒杯只能够在扫描电子显微镜下才能看到，只有几十微米高。而且，在这个小小的舞台上，它并不孤单--该团队还创造了螺旋、悬臂、针阵列、光学谐振器和项目背后的大学KTH皇家理工学院的标志等迷你模型。过去也有类似的微小艺术品被3D打印出来，包括一艘船和一系列令人难以置信的详细的纳米雕塑，它们都小到可以放人的头发上。但是这批新作品全部由二氧化硅玻璃制成，这是对微小玻璃结构的新打印技术的展示。这个过程从一小群被称为氢硅氧烷（HSQ）的材料开始，其中含有形成硅玻璃（二氧化硅）所需的成分。为此，该液体被激光脉冲击中，每个脉冲仅持续万亿分之一秒，这使得HSQ在激光的焦点处交联成硅玻璃。这个过程能够创建小至65x260纳米的体素（3D像素），使系统能够在HSQ中直接打印物体。该团队表示，这种技术比现有的玻璃3D打印方法要有效得多，后者通常需要长时间的高温，不仅如此，以这种方式制造的物体在使用过程中仍能承受高温。然而，这并不只是一种令人印象深刻的新艺术形式的曙光。研究人员说，它可以用来为光学系统制造更小、更精确的玻璃部件，如镜片或谐振器。事实上，这些部件可以直接在光缆的顶端进行3D打印。该研究的共同作者KristinnGylfason说："互联网的主干是基于玻璃制成的光纤。在这些系统中，需要各种过滤器和耦合器，现在可以通过我们的技术进行3D打印。这开启了许多新的可能性"。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366649.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366649.htm

科学家利用模糊光三维打印高质量镜片

科学家利用模糊光三维打印高质量镜片访问：Saily-使用eSIM实现手机全球数据漫游安全可靠源自NordVPN研究人员开发了一种名为模糊层析成像的新型3D打印方法，可以快速生产出具有商业级光学质量的微透镜。他们使用这种技术打印了一个微型透镜阵列，图中的微型透镜阵列由一组镊子夹持。图片来源：加拿大国家研究理事会丹尼尔-韦伯在光学出版集团（OpticaPublishingGroup）的高影响力研究期刊《光学》（Optica）上，这些研究人员展示了这种新方法，用它制作了一个毫米大小的平凸透镜，其成像性能与市售玻璃透镜类似。他们还表明，这种方法可以在30分钟内生产出可以使用的光学元件。韦伯说："由于层析3D打印机和所使用的材料价格低廉，我们预计这种方法对于经济高效地快速制作光学元件原型非常有价值。此外，层析3D打印固有的自由形态特性可以让光学设计师用形状复杂的打印光学器件取代多个标准光学器件，从而简化设计。"这项新技术使用定制的投影透镜来模糊用于固化光敏树脂的激光束。这样就产生了光学上光滑的表面，从而可以打印出商业质量的镜片，如左下角所示的镜片。资料来源：加拿大国家研究理事会丹尼尔-韦伯断层体积增材制造是一种相对较新的制造方法，它利用投射光在特定区域固化光敏树脂。它可以在没有任何支撑结构的情况下一次性打印出整个部件。然而，现有的层析成像方法无法直接打印出成像质量的透镜，因为所使用的铅笔状光束会造成条纹，从而导致部件表面出现小棱角。虽然可以使用后处理步骤来创建光滑的表面，但这些方法增加了时间和复杂性，从而失去了与断层打印相关的快速原型制作优势。韦伯博士说："光学元件的制造成本很高，因为一个正常的透镜需要严格的技术指标，而且制造过程复杂耗时。模糊层析成像技术可用于以低成本的方式进行自由形态设计。随着技术的成熟，它可以更快地制作出新光学设备的原型，这对从商业制造商到车库发明家的任何人都非常有用。"为了测试这种新方法，研究人员首先制作了一个简单的平凸透镜，结果表明它的成像分辨率与具有相同物理尺寸的商用玻璃透镜相当。它还表现出微米级的形状误差、亚纳米级的表面粗糙度和接近玻璃透镜的点展宽函数。他们还利用模糊层析技术制作了一个3×3的微透镜阵列，并将其与用传统层析3D打印技术打印的阵列进行了比较。他们发现，由于表面粗糙度较大，用传统方法打印的阵列无法对名片成像，但用模糊层析成像技术打印的阵列却可以。此外，研究人员还演示了将球透镜叠印到光纤上，这在以前只能通过一种称为双光子聚合的增材制造技术来实现。目前，他们正致力于通过优化光图案设计方法和将材料参数纳入打印过程来提高组件精度。他们还希望实现打印时间的自动化，使系统足够强大，使其能够用于商业用途。韦伯说："断层三维打印技术是一个迅速成熟的领域，在许多应用领域都得到了应用。在这里，我们利用这种三维打印方法的内在优势来制造毫米级的光学元件。这样，我们就为光学制造技术增加了一种快速、低成本的替代方法，有可能对未来技术产生影响。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430282.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430282.htm

科学家实现利用脂肪组织进行3D生物打印

科学家实现利用脂肪组织进行3D生物打印一种使用脂肪组织的新型3D生物打印方法可以打印分层的活体皮肤和毛囊，有望改善重建手术和毛发生长治疗的效果。这项专利技术在老鼠身上进行了成功的测试，可以彻底改变治疗皮肤损伤和增强美容手术的方法。该团队的研究结果发表在《生物活性材料》上。美国专利商标局于二月份授予该团队一项在本研究中开发和使用的生物打印技术的专利。宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学、生物医学工程和神经外科教授易卜拉欣·T·奥兹博拉特(IbrahimT.Ozbolat)表示：“用于纠正因受伤或疾病而造成的面部或头部创伤的重建手术通常并不完美，会导致疤痕或永久性脱发。通过这项工作，我们证明了生物打印的全层皮肤具有在老鼠身上生长毛发的潜力。这距离实现更自然、更美观的人类头部和面部重建又近了一步。”他领导了开展这项工作的国际合作。虽然科学家之前已经对薄层皮肤进行了3D生物打印，但Ozbolat和他的团队是第一个在术中打印多个皮肤层（包括最底层或皮下组织）的完整生命系统的。研究人员表示，术中指的是在手术期间打印组织的能力，这意味着该方法可用于更立即、无缝地修复受损皮肤。顶层——作为可见皮肤的表皮在中间层的支撑下自行形成，因此不需要打印。皮下组织由结缔组织和脂肪组成，为头骨提供结构和支撑。宾夕法尼亚州立大学博士后研究员MijiYeo检查3D打印机上的生物墨盒，该打印机专为术中打印皮肤层而开发。图片来源：米歇尔·比克斯比/宾夕法尼亚州立大学“皮下组织直接参与干细胞变成脂肪的过程，”奥兹博拉特说。“这个过程对于包括伤口愈合在内的几个重要过程至关重要。它还在毛囊循环中发挥作用，特别是促进头发生长。”皮肤生物打印的突破研究人员首先从宾夕法尼亚州立大学健康米尔顿·赫尔希医疗中心接受手术的患者身上获取人体脂肪或脂肪组织。合作者迪诺·J·拉夫尼克(DinoJ.Ravnic)是宾夕法尼亚州立大学医学院整形外科系的外科副教授，他带领他的实验室获得了用于提取细胞外基质的脂肪——细胞外基质是分子和蛋白质的网络，为细胞提供结构和稳定性。组织——制造生物墨水的一种成分。Ravnic的团队还从脂肪组织中获得了干细胞，如果提供正确的环境，干细胞有可能成熟为几种不同的细胞类型，从而制造另一种生物墨水成分。每个组件都被加载到生物打印机的三个隔室之一中。第三个隔室充满了凝血溶液，有助于其他成分正确地结合到受伤部位。“这三个隔室使我们能够在精确控制下共同打印基质-纤维蛋白原混合物和干细胞，”Ozbolat说。“我们直接打印到损伤部位，目标是形成皮下组织，这有助于伤口愈合、毛囊生成、温度调节等。”他们获得了皮下组织和真皮层，表皮在两周内自行形成。“我们在大鼠身上进行了三组研究，以更好地了解脂肪基质的作用，我们发现基质和干细胞的共同传递对于皮下组织的形成至关重要，”Ozbolat说。“它不能仅对细胞或基质有效地起作用——它必须同时起作用。”他们还发现皮下组织含有向下生长，这是早期毛囊形成的初始阶段。研究人员表示，虽然脂肪细胞不直接参与毛囊的细胞结构，但它们参与毛囊的调节和维护。“在我们的实验中，脂肪细胞可能改变了细胞外基质，以更有利于向下生长的形成，”奥兹博拉特说。“我们正在努力推进这一目标，以控制密度、方向性和生长的方式使毛囊成熟。”奥兹博拉特表示，在创伤的受伤或患病部位精确生长毛发的能力可能会限制自然重建手术的表现。他说这项工作提供了一条“充满希望的前进道路”，特别是与他实验室的其他项目相结合，包括打印骨骼和研究如何匹配各种肤色的色素沉着。“我们相信这可以应用于皮肤科、毛发移植以及整形和重建手术——它可能会带来更加美观的结果，”奥兹博拉特说。“凭借全自动生物打印能力和临床级兼容材料，这项技术可能会对精确重建皮肤的临床转化产生重大影响。”编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423855.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423855.htm